Сваи-оболочки: виды, применение, погружение и наращивание

Определение и область применения

Сваи-оболочки представляют собой полую конструкцию с внушительным диаметром сечения – в зависимости от вида он может достигать 0,8-2 метра и более. Бывают деревянные, металлические и железобетонные. На конце сваи могут иметь специальное заострение. Материалом, из которого изготовляется конструкция, наиболее часто выступает железобетон.

Подобные сваи получили широкое распространение в строительстве промышленных и гидротехнических объектов, включая фундаменты крупных сооружений, мосты и даже надолбы. Часто применяются на особо слабых и неустойчивых грунтах, поскольку способны обеспечить прочность и устойчивость последующего сооружения из-за большой площади соприкосновения своих стенок с почвой.

Также свая-оболочка часто используются в зонах с повышенной сейсмической активностью. В частности, именно благодаря их прочностным характеристикам в условиях повышенной влажности и колебательных процессов, из них создают опорные конструкции для автострад и мостов.

Достоинства и недостатки

Как и у любых строительных конструкций, у полых свай есть свои достоинства и свои недостатки. Рассмотрим их подробнее.

Плюсы применения

• Высокое качество и эксплуатационные характеристики, способны выдерживать значительные негативные воздействия, не ставя под опасность целостность здания или иного сооружения.
• Большая несущая способность устройств.

Минусы установки

• Для работы с секциями свай, а также для их доставки, понадобятся достаточно мощные подъемные краны и иные транспортные строительные средства.
• Довольно высокая энергозатратность вибропогружательных устройств.

Виды и особенности применения полых свай

В зависимости от типа полые свайные конструкции могут быть открытыми и закрытыми. Рассмотрим каждый тип подробнее.

Сваи открытого типа

Подобные сваи обычно имеют внушительный диаметр (порядка 0,6 – 1,5 метра). В грунт они погружаются открытой частью вниз. Во избежание повреждений и разрушений сваи при столкновении с твердыми включениями среды, на ее нижнем торце монтируется стальной нож с приваренной к нему продольной арматурой. Таким образом, при погружении в среду свайная полость заполняется грунтом полностью или частично, в зависимости от своих свойств.

В случае особо сильных нагрузок на сваи, когда их стенки возможно не справятся с давлением грунта, то попавшую внутрь свайной конструкции почву удаляют и заливает полость бетоном. В жилищном и промышленном строительстве, грунт удаляется не до конца, а только в голове устройства и заливают освободившееся место бетоном.

Закрытые сваи-оболочки

Сваи закрытого типа работают, как и стандартные сплошные конструкции, снабжаясь при этом специальным стальным или железобетонным башмаком. Как правило, закрытые сваи большого диаметра разрушаются при погружении, поэтому их диаметр и не превышает 5-60 сантиметров

Сваи-оболочки различаются также и по материалу и способу изготовления, и бывают деревянными, стальными, железобетонными и винтовыми.

Деревянные сваи

Сваи подобного типа часто используются при сооружении фундаментов временных построек, включая также автомобильные мосты и подмости разных типов на местных дорогах. Для возведения капитальных зданий сваи из дерева используют в двух случаях: в отдаленных от больших транспортных путей лесистых районах и в условиях среды, агрессивной для изделий из стали и бетона.

Материал изготовления

Материалом, как правило, служит сосна, немного реже используют ель, лиственницу, кедр, дуб или пихту. В сборке применяется древесина, срубленная в холодное время года, как обладающая более высокими прочностными характеристиками.

Процесс изготовления

Сваи наращиваются путем применения отрезков стальных труб, специальных боковых накладок или железобетонных обойм. Перед изготовлением свай бревна очищаются от любых наростов, коры или сучьев. Если естественная коничность бревен не будет мешать процессу погружения конструкции в грунт, то ее сохраняют, если нет – бревна цилиндруют. Сваи-оболочки, которые длительное время находятся в условиях переменной влажности, дополнительно защищают от загнивания, используя пропитку креозотом или другими специальными растворами, или полимерное покрытие.

Преимущества и недостатки

Преимуществом применения данных конструкций является их простое изготовление, сравнительно небольшая масса, в значительной степени упрощающая транспортировку и последующее погружение.
Недостатками свай из дерева являются ограниченность длины, проблематичность погружения в плотную среды, возможность загнивания или порчи устройства насекомыми.

Стальные сваи

Свайные конструкции из стали используются преимущественно в тяжелых геологических условиях, когда погружение в грунт стандартных железобетонных свай-оболочек невозможно. Примеры подобной среды: плотные отложения гальки, валунов, заиленных предметов. Кроме того, подобные конструкции применяют для укрепления фундаментов крупных сооружений.

Плюсы и минусы использования

Преимущества использования, как и было сказано выше, в основном лежат в удобстве применения стальных свай в труднодоступной для остальных материалов среде.

Основным и очень существенным недостатком является подверженность стали коррозии под воздействием окружающих условий. Для борьбы с возможной коррозией применяются различные специальные покрытия, такие как битум, бетон, эпоксидная и каменноугольная смола, краска. Наносятся они по всей поверхности сваи или только в потенциально опасных местах. Кроме этого, стальные сваи-оболочки требуют специальной техники для транспортировки и установки, ввиду своего большого веса.

Железобетонные сваи

Железобетонные сваи-оболочки по праву считаются самыми распространенными и универсальными: они широко используются как в строительстве капитальных сооружений, так и конструкций разного типа, в том числе и мостов.

Изготовление железобетонных свай

Подобные конструкции собираются из отдельных звеньев, которые соединяются болтами, электросваркой или с применением специальных вкладышей. Затем, на заводе к заготовкам привариваются арматурные стержни, а посередине звена монтируют специальные установочные круги из стали. Готовый каркас впоследствии бетонируется центрифугированием или с использованием вибростола.

Преимущества и недостатки

Преимущества состоят в следующих пунктах:

1. Неподверженность гниению и повреждению конструкции насекомыми.
2. Могут быть использованы в любых грунтах: как в пресных, так и соленых
3. Высокая скорость и легкость монтажа.
4. Довольно доступная цена.

Недостатки применения железобетонных свай-оболочек в строительстве сооружений:

1. Проблематичность установки в непосредственной близости к другим зданиям.
2. Трудность углубления в грунт с большим количеством крупных камней.

Винтовые сваи-оболочки

Подобные конструкции – это особая, специфическая разновидность свай, которые принудительно погружают в грунт способом завинчивания. Винтовые сваи оболочки применяют в условиях сильно сжимаемых грунтов с подстилкой в виде плотной среды без твердых препятствий в виде заиленной древесины или крупных валунов. С применением подобных устройств возводятся эстакады, гидротехнические постройки, мосты, линии электропередач.

Погружение свай в грунт

В процессе утопления свай-оболочек применяются специфические вибрационные устройства. Свайные конструкции погружается в грунт на необходимую глубину из-за создаваемой этой техникой вибрации. Вибрация помогает разрыхлить грунт и погрузить сваю на необходимую глубину.
Существует два способа погружения оболочки в грунт:

• С выемкой грунта. Перед проведением работ по введению сваи в землю необходимо вынуть лишний грунт из земли при помощи специальной бурильной установки.
• Без выемки грунта. Данный метод не требует проведения никаких дополнительных земляных работ.

Видео небольшой установки для забивания свай

Действия на строительной площадке

Основные этапы работ по заглублению свайных конструкций выглядят так:

1. Подготовительный этап: очистка участка, его разметка.
2. Транспортировка свай на место работ. Для перевозки и подвоза стержней используют специальную технику в виде кранов, большегрузных платформ, тягачей, разгрузочных устройств.
3. Установка техники, с помощью которой будет выполняться погружение свай в почву, монтаж направляющего агрегата.
4. Посредством вибрации с определенной амплитудой колебаний, производится погружение.
   Важно: каждая свая должна быть вмонтирована строго на свое место согласно подготовленной разметке.
5. Сваи-оболочки погружаются на необходимую глубину.

Важный момент: так как заглубление стержней в почву производится посредством вибрации, в обязательном порядке производится документальное согласование работ с соответствующими органами.

Наращивание свайных конструкций

Иногда для достижения требуемой длины сваи, ее необходимо нарастить, так как цельное, стандартное изделие, имеет длину всего около 12 метров.
Рассмотрим два метода наращивания:

1. Наращивание происходит по мере заглубления на определенный отрезок грунта одной из частей. После наращивания одного куска сваи, таким же образом заглубляется и второй. Процесс повторяется до получения желаемого результата.
   Части изделия соединяются между собой фланцевым способом – на концах соседних конструкций монтируются специальные металлические приспособления – фланцы, имеющие отверстия для соединения болтами.
   Данный вид крепления считается довольно надежным, и, что не маловажно, быстрым. Он обеспечивает идеальную точность соответствия свайных осей.
2. Второй способ – это наращивание железобетонного изделия до начала углубления. По расчетной требуемой глубине изготавливается монолитная конструкция, части которой соединяются между собой сварным швом.
   Из-за того, что работа требует особой точности, выполняют ее на специально установленных стендах. Места стыковки сварочных швов в обязательном порядке надежно изолируют путем промазывания их полимерной мастикой или битумом.

Следует отметить, что данный способ менее дорогостоящий и материалозатратный.

Итак, в данной статье мы подробно разобрали, что такое сваи-оболочки, для чего они нужны и где применяются, какие виды бывают, особенности их использования, а также узнали нюансы погружения и наращивания изделий.