Типы свай в зависимости от передачи нагрузки, функции, материала и грунта

Типы свай для свайного фундамента по передаче нагрузки и функциональному поведению

Классификация свай по передаче нагрузки и функциональному поведению:

• Концевые сваи (точечные сваи)
• Сваи трения (сваи когезии)
• Комбинация свай трения и когезии

Концевые несущие сваи

Эти сваи передают нагрузку на твердый пласт, расположенный на значительной глубине под основанием сооружения, и большую часть своей несущей способности они получают от сопротивления прониканию грунта в носке сваи (см. рис. 1).
Свая ведет себя как обычная колонна и должна быть спроектирована именно так. Даже в слабом грунте свая не разрушится от смятия, и этот эффект необходимо учитывать только в том случае, если часть сваи не имеет опоры, т.е. если она находится в воздухе или воде.
Нагрузка передается на грунт за счет трения или сцепления. Но иногда грунт, окружающий сваю, может прилипать к поверхности сваи и вызывать “отрицательное трение кожи” на свае. Это иногда оказывает значительное влияние на мощность сваи.
Отрицательное трение кожи вызвано дренажом грунтовых вод и консолидацией грунта. На глубину заложения сваи влияют результаты обследования участка и испытания грунта.

Сваи трения или когезии

Несущая способность определяется в основном сцеплением или трением грунта в контакте со стволом сваи (см. рис. 2).

Концевые несущие сваи

Свая трения или когезии

Эти сваи передают большую часть своей нагрузки на грунт через трение кожи. Процесс забивки таких свай группами близко друг к другу значительно уменьшает пористость и сжимаемость грунта внутри и вокруг групп. Поэтому сваи этой категории иногда называют уплотняющими сваями.
В процессе забивания сваи в грунт, грунт становится сформованным и, как следствие, теряет часть своей прочности. Поэтому свая не способна передать именно ту нагрузку, на которую она рассчитана сразу после забивки.
Обычно грунт частично восстанавливает свою прочность через три-пять месяцев после забивки.Сваи сцепления

Сваи трения

Эти сваи также передают свою нагрузку на грунт за счет трения кожи. Процесс забивки таких свай не приводит к значительному уплотнению грунта. Эти типы свайных фундаментов широко известны как плавающие свайные фундаменты.

Комбинация свай трения и свай сплошного сечения

Удлинение концевой несущей сваи, когда несущий пласт не является твердым, например, твердая глина. Свая забивается достаточно далеко в нижележащий материал для развития достаточного сопротивления трения.
Другой разновидностью сваи с концевой опорой являются сваи с увеличенными опорными зонами. Это достигается путем вдавливания шара бетона в мягкий слой непосредственно над твердым слоем для создания расширенного основания.
Аналогичный эффект достигается при использовании буронабивных свай путем формирования большого конуса или колокола в нижней части с помощью специального инструмента для расширения. Буронабивные сваи, снабженные колоколом, имеют высокую прочность на растяжение и могут использоваться в качестве свай натяжения (см. рис. 3).

Расширение расширенного основания до буронабивной сваи с заливкой в грунт

Классификация свай по типу материала

Сваи обычно изготавливаются из древесины, бетона или стали. Древесина может использоваться для изготовления временных свай и в тех случаях, когда древесина доступна по экономичной цене.
Бетон используется для изготовления сборных железобетонных свай, литых на месте и предварительно напряженных железобетонных свай, а стальные сваи применяются для постоянных или временных работ.

Деревянные сваи

Используются с самых ранних времен и до сих пор применяются для постоянных работ в регионах, где древесина в изобилии. Древесина наиболее подходит для длинных свай сплошного сечения и свай под насыпями. Древесина должна быть в хорошем состоянии и не должна подвергаться нападению насекомых.
Для деревянных свай длиной менее 14 метров диаметр наконечника должен быть более 150 мм. При длине более 18 метров допустимо использование наконечника диаметром 125 мм. Важно, чтобы древесина забивалась в правильном направлении и не должна вбиваться в твердый грунт. Так как это может легко повредить сваю.
Если держать древесину ниже уровня грунтовых вод, это защитит ее от гниения и гнилостных процессов. Для защиты и укрепления верхушки сваи деревянные сваи могут быть снабжены накладками на носок. Вдавливание креозота является обычным методом защиты деревянных свай.

Преимущества и недостатки деревянных свай

+ Сваи просты в обращении
+ Относительно недорогие, если древесина в изобилии.
+ Секции могут быть соединены вместе, а излишки длины легко удаляются.
— Сваи будут загнивать выше уровня грунтовых вод. Имеют ограниченную несущую способность.
— Могут быть легко повреждены камнями и валунами во время забивки.
— Сваи трудно сращивать, а в соленой воде они подвергаются нападению морских бурильщиков.

Бетонные сваи

Бетонные сваи можно разделить на сборные и монолитные:

Сборные железобетонные сваи или сборные железобетонные сваи

обычно используются квадратного (см. рис. 1-4 b), треугольного, круглого или восьмиугольного сечения, они изготавливаются небольшой длины с интервалом в один метр от 3 до 13 метров. Они предварительно заготавливаются, чтобы их можно было легко соединить вместе для достижения необходимой длины (рис. 1-4 a). Это не приведет к снижению расчетной несущей способности.
Армирование необходимо внутри сваи, чтобы помочь противостоять нагрузкам при перемещении и забивке. Используются также предварительно напряженные бетонные сваи, которые становятся более популярными, чем обычные сборные, поскольку требуется меньше арматуры.

а) деталь соединения бетонных свай. б) квадратная сборная железобетонная свая

Свайное соединение типа “Геркулес” (рис. 5) легко и точно заливается в сваю и быстро и надежно соединяется на месте. Они изготавливаются с точными допусками на размеры из высококачественной стали.

Свайное соединение типа “Геркулес

Преимущества и недостатки сборных железобетонных свай

+ Устойчивы в сжимающемся грунте, например, мягкие глины, алевриты и торф Материал свай может быть проверен перед забивкой.
+ Легко сращиваются. Относительно недорогие.
+ Могут быть забиты на большую длину.
+ Могут увеличивать относительную плотность слоя гранулированного основания.
— Смещение, пучение и нарушение почвы во время забивки.
— Могут быть повреждены во время забивки. Может потребоваться замена свай.
— Невозможно забивать сваи очень большого диаметра или в условиях ограниченного напора.

Забивные бетонные сваи

Забивные бетонные сваи – наиболее часто используемый тип для фундамента благодаря большому разнообразию доступных способов заливки бетона и внедрения сваи в грунт. Забивные и буровые сваи являются двумя типами бетонных свай, заливаемых на месте; однако, внедрение этих свай на месте может сопровождаться некоторыми проблемами, такими как аркирование, выдавливание и сегрегация.
Эти сваи делятся на:
Сваи заливаются в трубы с подкладными пятами и оставляются при подъеме труб. некоторые из этих типов:

Преимущества и недостатки литые бетонные сваи

+ Могут быть проверены до заливки, могут быть легко обрезаны или увеличены до нужной длины.
+ Относительно недорогие.
+ Сваи можно заливать до начала земляных работ.
+ Длина свай легко регулируется.
+ Можно сформировать расширенное основание, которое может увеличить относительную плотность слоя гранулированного основания, что приводит к гораздо более высокой конечной несущей способности.
+ Укрепление не зависит от воздействия нагрузок при перемещении или движении.
— Смятие поверхности соседнего грунта, которое может привести к повторной консолидации и развитию отрицательных сил трения кожи на сваях.
— Растягивающее повреждение неармированных свай или свай, состоящих из зеленого бетона, когда силы на носке были достаточны для сопротивления движению вверх.
— Повреждение свай, состоящих из необсаженного или тонко обсаженного зеленого бетона, из-за боковых сил, возникающих в грунте. Бетон может быть ослаблен, если артезианский поток направляется вверх по стволу свай при извлечении трубы.
— Легкие стальные секции или сборные бетонные оболочки могут быть повреждены или деформированы при сильном забивании.
— Невозможно забивать в местах с ограниченным запасом высоты.
— Требует много времени; нельзя использовать сразу после установки.
— Ограниченная длина.

Буронабивные и литые сваи (сваи без вытеснения)

+ Длина может быть легко изменена в соответствии с различными грунтовыми условиями.
+ Можно устанавливать сваи очень большого диаметра.
+ В глинах возможно расширение концов до двух или трех диаметров.
+ Материал свай не зависит от условий транспортировки или забивки.
+ Можно устанавливать сваи очень большой длины.
— Бетон укладывается не в идеальных условиях и не подлежит последующему контролю.
— Вода под артезианским давлением может подниматься по стволу сваи, вымывая цемент.
— Невозможно легко подняться выше уровня земли, особенно в речных и морских сооружениях.
— Методы бурения могут разрыхлять песчаные или гравелистые грунты, что требует цементации основания для достижения экономичного сопротивления основания.

Стальные сваи

Изготавливаются из секторов в форме H, X или толстых труб (см. рис. 6). Они пригодны для перемещения и забивки на большие длины. Их относительно небольшая площадь поперечного сечения в сочетании с высокой прочностью облегчает проникновение в твердую почву.
Их можно легко отрезать или соединить сваркой. Если свая забивается в грунт с низким значением pH, то существует риск коррозии, но риск коррозии не так велик, как можно подумать. Хотя смоляное покрытие или катодная защита могут применяться при постоянных работах.
Обычно при проектировании предусматривается возможность коррозии путем простого завышения площади поперечного сечения стальной сваи. Таким образом, процесс коррозии может быть продлен до 50 лет. Обычно скорость коррозии составляет 0,2-0,5 мм/год, и при проектировании это значение можно принять равным 1 мм/год.

Сечения стальных свай

Преимущества и недостатки стальных свай

+ Сваи легко обрабатываются и могут быть легко обрезаны до нужной длины.
+ Могут быть забиты через плотные слои. Боковое смещение грунта во время забивки невелико (стальные сваи H или I сечения) можно относительно легко сращивать или соединять болтами.
+ Могут быть забиты сильно и на очень большую длину.
+ Могут нести большие нагрузки.
— Сваи подвергаются коррозии,
— Сравнительно легко отклоняются во время забивки.
— Относительно дороги.

Композитные сваи

Сочетание различных материалов в одной и той же свае. Как указывалось ранее, часть деревянной сваи, установленной над грунтовыми водами, может быть уязвима для атаки насекомых и гниения. Чтобы избежать этого, бетонная или стальная свая используется выше уровня грунтовых вод, а деревянная свая устанавливается ниже уровня грунтовых вод (см. рисунок 7).

Защита деревянных свай от гниения: a) путем устройства верхней секции из сборного железобетона выше уровня воды. b) путем наращивания оголовка сваи ниже уровня воды.

Классификация свай по воздействию на грунт

Часто используется упрощенное деление на забивные и буронабивные сваи

Забивные сваи

Забивные сваи считаются сваями смещения. В процессе забивки сваи в грунт грунт перемещается в радиальном направлении по мере вхождения ствола сваи в грунт. Также может иметь место компонент перемещения грунта в вертикальном направлении.

забивные сваи

Буронабивные сваи

Буронабивные сваи (сваи замещения) обычно считаются сваями без смещения, в которых пустота образуется путем бурения или выемки грунта перед изготовлением сваи. Сваи могут быть изготовлены путем заливки бетона в пустоту.
Некоторые грунты, такие как жесткие глины, особенно благоприятны для формирования свай таким способом, поскольку стенки скважины не требуют временной опоры, кроме полотна на поверхности земли.
В неустойчивых грунтах, таких как гравий, требуется временная поддержка из обсадной трубы или бентонитового раствора. В качестве альтернативы обсадная труба может быть постоянной, но забитой в скважину, которая бурится по мере продвижения обсадной трубы.
Другой метод, который все еще по существу является методом без смещения, заключается во внедрении цементного раствора или бетона из шнека, который вращается в гранулированный грунт, в результате чего образуется цементированная колонна грунта.
Существует три метода без вытеснения: буронабивные сваи, в частности, предварительно сформированные сваи и сваи, интрудированные цементным раствором или бетоном.
Ниже перечислены сваи замещения:

• Как выбрать тип свайного фундамента для строительства?.
• Как построить буронабивной свайный фундамент?.
• Расстояние между сваями и трение кожи в конструкции свайной группы.
• Типы материалов, используемых в свайном фундаменте.
• Типы оборудования для забивки свай – применение, преимущества и подробности.
• Отрицательное трение кожи на сваях и свайных группах.
• Стальные свайные фундаменты – типы, конструкция и соединения.