Способы погружения свай в строительстве

При закладке свайного фундамента одним из важных этапов работ является погружение свай. От выбора подходящей технологии зависит не только простота реализации проекта, но и длительность эксплуатации возводимого объекта. Поэтому к выбору следует подходить грамотно и учитывать все данные, полученные при инженерных изысканиях.

Классификация методов

Методы погружения подразделаются на ударные и безударные. Ударные применяются для забивки свай в плотные грунты или при значительных диаметрах опор. Они являются наиболее распространёнными благодаря высокой эффективности технологии и достижению максимальной несущей способности основания. Безударные способы применяются при монтаже фундамента в сыпучих неплотных грунтах или подтопляемых. Благодаря применению специальных технологий удаётся существенно упростить задачу погружения опор и при этом достичь прочности основания, сравнимой с ударными способами.

Ударные способы бывают следующих типов:

1. Ударный.
2. Вибрационный.
3. Виброударный.

Погружение свай безударным методом подразделяется на следующие типы:

1. Завинчивание.
2. Подмыв.
3. Электроосмос.
4. Вдавливание.

Ударный метод

Технология ударного воздействия базируется на применении специализированных агрегатов – копров, которые оборудованы молотами, способными вбивать опоры в слои почвы. Сила удара молота о сваю сообщает ей поступательную энергию, под действием которой она заглубляется, вытесняя и уплотняя слои грунта. Площадь уплотнения оказывается равной примерно 2-3 диаметрам сваи и создаётся непосредственно в поле механического воздействия.

Виды ударных установок

Ударная установка может быть оснащена штанговым и трубчатым молотом. В штанговых машинах молот цилиндрической формы перемещается вдоль направляющих. При его падении на сваю в управляющей камере сгорания происходит повышение давления, в результате чего молот поднимается. Затем под действием силы тяжести он падает на сваю и цикл повторяется.

Трубчатый молот оснащён неподвижным цилиндром со специальной направляющей конструкцией, называемой шаботом. Ударная часть представляет собой поршень с головкой, который при сгорании топлива воздействует на сваю. Фиксация сваи выполняется наголовником, закрепляемым к молоту. Благодаря этому верхняя часть забиваемой опоры не повреждается под ударным воздействием, а сообщаемая энергия распределяется равномерно по её поперечной площади.

Для трубчатого молота важно подобрать наголовник с точно совпадающим внутренним размером сваи для забивки. Это позволит избежать перекосов опоры относительно вертикали при ударах молота уже после того, как была выполнена правильная установка.

Погружение заранее изготовленных свай способно существенно ускорить процесс их забивки и, соответственно, закладки фундамента при любых температурах окружающей среды.

Ударные методы погружения заранее изготовленных свай

Погружение свай осуществляется специальными ударными самоходными или рельсовыми установками, поэтому перед проведением работ необходимо разровнять строительную площадку. Крепление сваи в вертикальном положении осуществляется на копры. Внешне они представляют собой стрелы, которые позволяют поднимать и закреплять свайные опоры.

Процесс забивки на начальных этапах производится медленно, так как необходимо задать свае направление движения без допущения даже минимальных ошибок. Когда она погрузится в грунт на достаточную глубину, начинают установку работать с постепенным повышением скорости вбивания до максимально возможной. Процесс забивки считается завершённым, когда опора погружена на проектную глубину или если же при работе молота в течение некоторого времени никаких изменений в её положении не наблюдается.

Ударный метод забивки является весьма распространённым в строительстве различных объектов, так как отличается относительной простотой, возможностью получения высокопрочного фундамента, высокой скоростью строительства. Особенно он эффективен при возведении домов с большой площадью, так как снижаются финансовые и трудовые затраты.

Вибрационный метод

Погружение свай вибрационным методом основано на снижении сопротивляемости грунта за счёт сообщения свайной конструкции механических вибраций. В результате удаётся достигать снижения трения при погружении, за счёт чего снижается вдавливающее усилие в несколько раз, если сравнивать с ударным методом. Уплотнение грунта в данной ситуации увеличивается максимум до 3 диаметров свай.

Принцип вибрационного метода

Вибропогружатель представляет собой специальную электромеханическую установку, работающей по принципу создания дисбаланса вибратора: горизонтальные центробежные силы полностью исключаются, а вертикальные складываются. В результате амплитуда вибраций и масса системы позволяют разрушать структуру грунта любой плотности с созданием необратимых деформаций, приводящих к снижению его плотности. Частота колебаний составляет примерно 400-450 в минуту. Диаметры погружаемых свайных опор могут составлять более 1 м.

Чтобы обеспечить надёжное закрепление свай в грунте вибрационным методом, примерно за 25-20 см до достижения расчётной глубины прекращают использование низкочастотной вибрации и используют ударный метод погружения.

Погружение лёгких свай с длиной до 3 м в неплотные почвы требует применения высокочастотных колебаний (более 1,5 тысячи в минуту). Это позволяет ускорить их погружение без потерь несущей способности.

Работа вибрационных установок

Наиболее распространёнными вибромолотами являются пружинные. При вращении дисбалансных валов в противоположных направлениях создаются периодические колебания. Если уменьшается зазора между сваей и ударником возбудителя вибраций до уровня ниже амплитуды колебаний, то ударник начинает удары по оголовнику сваи. Это позволяет вибромолотам настраиваться на режим работы автоматически, то есть повышать энергию, сообщаемую забиваемой опоре в моменты прохождения более плотных слоёв грунта.

Масса молота должна быть не меньше 50% веса сваи, в среднем она составляет от 0,65 до 1,35 т.

Основные сферы применения вибрационного метода

Вибрационные методы погружения свай оптимально применять в пересыщенных влагой песчаных грунтах. Если количество влаги минимально, то потребуется дополнительное использование буровых установок.

Для проходки почв с преобладанием глинистых слоёв требуется повысить частоту колебаний. При этом показатель плотности грунта должен быть в пределах 0,25-0,75.

Вибрационные установки в условиях плотной застройки следует использовать только в нерезонансных режимах. То есть частота колебаний должна быть в пределах 40-50 Гц.

Виброударный метод

Погружение забивных свай виброударным методом основано на одновременном воздействии на них вибраций и ударов молота в сочетании с использованием статического пригруза.

Конструктивно установка отличается от ударной и вибрационной, так как имеет две рамы, на одной из которых находится электрогенераторный агрегат с лебёдкой и двумя барабанами, а на второй – направляющая стрела с вибропогружателем и блоками.

При установке вибровдавливающего агрегата на рабочее место, вибропогружатель спускают вниз и при помощи наголовника соединяют со сваей, а затем поднимают. Сваю позиционируют в правильном положении относительно места забивки. В момент начала работы вибропогружателя свайная опора начинает погружаться в грунт за счёт собственного веса и вибропогружателя, а также создаваемых колебаний. Одновременно с включёнными вибрациями работает также и ударный молот. Это позволяет существенно упростить заглубление сваи, в сравнении с ударным или вибрационным способом.

Погружаемые сваи могут быть длиной до 6 м. При больших длинах возможно повреждение свайных опор и существенное усложнение позиционирования направления погружения под заданным углом относительно вертикали.

Безударные методы

Безударные способы основаны на достижении умягчения грунта, использовании специальной конструкции опор либо упрощении погружения свай. Данные методы позволяют существенно упростить трудозатраты на погружение опор фундаментов в среднем на 20-40%.

Метод завинчивания

Технология завинчивания применяется для заглубления винтовых свай. Их лопастная конструкция позволяет при сообщении вращательного момента углублять свайные опоры в грунт даже без применения спецоборудования и тягачей.

Посмотрите видео о том, как происходит процесс монтажа опоры с помощью ввинчивания в грунт.

Метод используется в тех случаях, когда требуется возвести малоэтажное здание, мачты, линии электропередач и другие сооружения в условиях неплотных или подтапливаемых грунтов. Технология относительно простая и может применяться в условиях любого климата.

Винтовые сваи обычно изготавливают из стали или железобетона. Нижняя часть имеет уширение за счёт установленных лопастей, что придаёт завинченной опоре дополнительную стойкость к сдвиговым и выдёргивающим силам. Сваи можно вкручивать без проблем даже в условиях плотной застройки, не беспокоясь за возможное проседание грунта под возведёнными объектами.

Метод подмывания грунта

Установка свай методом подмывания грунта применяется для заглубления опор в сыпучих и рыхлых слоях. Наибольшая эффективность достигается при необходимости погружения свайных конструкций с большим диаметром и/или длиной.

Технология заключается в размытии грунта под высоким напором воды, подаваемой по трубам с диаметром 38-62 мм в направлении заглубления сваи. Плотность грунта снижается за счёт разрыхления и вымывания, а поднимающаяся на поверхность вода размывает стенки и уменьшает боковое трение погружаемой конструкции о проходимые слои почвы. Путь сваи освобождается под собственным весом, а грунт вымывается на поверхность.

Трубки для подачи воды могут находиться сбоку или по центру сваи. Боковая водяная струя является наиболее выгодной, так как позволяет существенно облегчить процесс заглубления за счёт снижения влияния бокового трения. Крепление трубок выполняют так, чтобы их концы находились выше острия свайных опор на 300-400 мм. Минимальное давление воды составляет 500 кПа.

Способ подмыва грунта категорически запрещается применять, если в результате инженерных изысканий было выяснено, что присутствуют проседающие слои почвы либо поблизости построено здание, которое может быть разрушено.

Во время подачи воды могут ухудшаться несущие способности плотного слоя, поэтому подмыв грунта останавливают за 50-200 см до достижения заданной проектной глубины.

Метод электроосмоса

Технология установки свай методом электроосмоса основана на погружении двух свай с подключением одной к отрицательному полюсу электросети, а второго – к положительному. В результате такого подключения влага начинает скапливаться вблизи отрицательно заряженной опоры, облегчая ей погружение. Дополнительно для ускорения заглубления можно использовать забивную установку.

После отключения тока несущие способности грунта полностью восстанавливаются. Уровень влажности выравнивается до прежнего состояния.

Метод вдавливания

Технология вдавливания свай эффективно применяется для опор небольшой длины от 3 до 5 м и с трубчатым сечением. Погружение свай осуществляется путём воздействия статической нагрузки.

Посмотрите видео, как происходит процесс вдавливания железобетонных опор.

Сначала выполняется установка опоры в нужное положение, на верхнюю часть закрепляют оголовок, а затем посредством воздействия стрелы агрегата базовой машины производится погружение. Одновременно с вдавливанием может прикладываться и вибрационное воздействие.

Перед вдавливанием в грунты с высокой плотностью необходимо пробурить небольшую скважину, задающую направление для движения сваи.

Усилие вдавливания обычно составляет в пределах до 350 кН. Максимальная длина сваи достигает 6 м.

Схемы погружения свай

Любой метод погружения свай должен быть применен с определённой последовательностью, которую определяет заранее составленная схема. Расположение опор определяется данными изысканий, конструкцией возводимого объекта, а также планом участка. Кроме того, грамотно составленная схема позволит обеспечить минимальные передвижения техники и существенно ускорить процесс строительства.

Рекомендуем посмотреть видео, подробно показывающее процесс монтажа поля опор.

Схема наполнения свайного поля может быть следующего типа:

1. Рядовая. Отличается простотой планирования и реализации. Данная схема считается наиболее эффективной при строительстве на песчаных и гравийных грунтах, отличающихся сыпучестью. Ограничением применения являются плотные почвы, в которых наблюдается повышенная связь частиц и велика вероятность усадок.
2. Спиральная. Такая схема применяется при кустовом размещении свайных опор. Может быть реализована двумя способами: с расположением свай по спирали от периметра здания к центру либо наоборот. Благодаря этому достигается равномерное распределение нагрузки на почву, существенно снижается вероятность усадок или создания уплотнений.
3. Секционная схема используется на участках с плотным грунтом. Реализуется следующим образом: забивается две сваи, затем пропускается ряд и устанавливаются снова две сваи и так проходят всё свайное поле в одном направлении через ряд, а затем его меняют и устанавливают опоры в пропущенных рядах. На рыхлых почвах такая схема неприменима.

Заключение

Мы постарались описать основные варианты погружения свай ударными и безударными методами, проиллюстрировать их преимущества и недостатки. Проанализировав данные рекомендации и советы по технологии установки свайного поля по нескольким видам схем, вы сможете самостоятельно спроектировать основание собственного дома.