> Техника, страница 22 > Бетонные и железные сваи
Бетонные и железные сваи
Бетонные и железные сваи. При расположении грузных сооружений на слабых грунтах является потребность в предварительном укреплении самого грунта, что достигается путем внедрения в такой грунт на некоторую глубину посто роннего тела—сваи. По фи-зическ. свойству непроницаемости тел свая, погружаемая в грунт, вытесняет собою некоторый объём этого грунта, который, распределяясь в пустотах естественной залежи его, создает в последнем область уплотнения вокруг боковой поверхности сваи. Эта область уплотнения (фигура 1) может быть построена геометрически, если только известны значения <5 и s:
fS3
ooSePAHpcrb
<5=1
d · tga
(14-f),
Фигура 1.
где £— коэфф. вытеснения грунта. По опытам Штерна, для песка £=1,59, для глины £=1,96, для насыпного песчаноглинистого грунта £=1,02. Зная величину <5 ширины области уплотнения, можно определить, на каких взаимных расстояниях нужно расставить сваи так, чтобы пространство грунта между ними было уплотнено до желаемого предела, и так. обр. регулировать степень сопротивляемости грунта. Расчет отдельно стоящей сваи м. б. произведен статич. или динамич. способом. Статич. способ дает такие значения сопротивления сваи:
Т а б л. Iф ормулы для расчета сван статическим способом.
| Сопротивление | Свая цилиндрическая Свая коническая | |
| Острия R, | π· d* (η φ
. tg4( - + I · ΔΛ 4 Sill a * V 4 2 | |
| Ствола Rf * | Ttd ( 71 <P | С;+:1);й [d Mg αΛ +
cos a, 2 3 ( л <r. d Mg a, + п-Δ tg·! 4 + 2 J-COS a,-tg 0>·Ι*φ + 3 J |
| Полное временное R | й» + Rf | |
| Полное допускаемое | l (R„+Uf) | |
Здесь Δ—вес 1 м3 грунта, а φ—угол трелил грунта, а—половина угла заострения сваи, I—расчетная длина и и,—угол конич-ности сваи. Дина м и ч е с к и и с и о с о б насчитывает свыше НО формул различных авторов. Наиболее употребительные из них:
Здесь W—временное сопротивление сваи, R—вес бабы, Q—вес сваи, h—высота падения бабы, t—осадка сваи при последнем ударе, F—площадь поперечного сечения сваи.
Сравнение способов расчета. Статическ. метод предоставляет возможность, зная по данным бурения угол трения φ и вес 1 .и3 грунта А, определить сопротивление сваи в зависимости от размеров и вида сваи, а равно и от качества грунтов, проходимых сваей.
Динамический способ определяет сопротивление сваи ударным действиям во время самого производства работ, и потому при составлении предварительного проекта он оказывается неприложимым.
Ф о р м а сваи. Как показывают исследования, на соиротивляемость сваи большое влияние оказывает геометрический вид ее вертикального сечения (фигура 2). Что лее касается геометрического вида поперечного сечения свай одинаковых площадей, то здесь разница сопротивлений столь незначительна, что можно с достаточной для нрактич. целей точностью принять положение, в силу которого сван, имеющие равные площади, по представляющие в своих поперечных сечениях различные геометрические фигуры (круг,треугольник, квадрат, многоугольник и т. д.), дают одно и то же сопротивление.
Материал свай. Наиболее распространенным материалом для свай в настоя щее время являются бетон и железобетон, как материал более долговечный по сравнению с деревом и более экономичный по сравнению с железом. Особенность бетона в сваях: во-первых, более жирный состав его (1 : I1/* : 3 и не более 1:2:4) и, во-
вторых, более мелкие предельные размеры входящего в состав бетона щебня.
А-1, свая Г е и н е б и к а (фигура 3)— арматура из 4 основных продольных стерж-
Т а б л. З.-Тнпы спа й.
| Набивные (бетонные и железобетонные) | ||
| с оболочкой, остающейся в грунте Б | с оболочкой, извлекаемой из грунта В | без оболочки Г |
| 1. Раймонд | 1. Штраус | 1. Компрессоль |
| (фигура 6) | (фигура 10) | (фигура 17) |
| 2. Мает | 2. Симплекс | |
| (фигура 7) | (фигура 11) | |
| 3. Янсен | 3. Франкиньоль | |
| (фигура 12) | ||
| 4. Пир лес | 4. Харлей-Эббот | |
| (фигура 8) | (фигура 13) | |
| 5. Шснайх | 5. Впльгсльмн | |
| (фигура Я) | (фигура 14) | |
| 6. Вольфхольтс | ||
| (фигура 13) | ||
| 7. Ридлсй | ||
| (фигура 16) | ||
ней, соединенных на нек-рых расстояниях по высоте хомутом из более тонкой проволоки. А-2, свая Ко н си дера (фигура 4)— 8- или многоугольного сечения с 8 продольными стержнями, обмотанными снаружи проволочной спиралью, что дает общую конструкцию более жесткую, чем у Генне-бика. А-3, свая Хеноветча (фигура 5)— изготовляется без помощи форм: на платформе расстилают проволочную сетку и на одном из ее краев прикрепляют железн. трубу около 2 сантиметров диаметром, а у другого конца сетки параллельно трубе привязывают к сетке тонкой проволокой ряд железных
Т а б л. 2,—Ф <> р м у л ы для расчета сваи динамическим способ о метров.
| Авто р | Формула | Коэфф. сравне нии | Пояснения | |
| 1 | Эйтельвейп. | W-&++R + Q (fi + Q) Λ V | 2,9 | Автор не учитывает работы, потерянной вследствие упругой деформации сваи |
| 2 | Брике.. | h Q.R* i (K + Q)S | 1 | Автор пренебрегает потенциальной энергией бабы после удара |
| 3 | Хуртциг. | 1 + 2,5 | 1,3 | Автор выводит формулу из непосредств е н. н а бл годен и я над сопротивлением трения свай при их вытаскивании |
| 4 | Проф. Герсеванов. | Для деревянных свай без подбабка п=ю кг/см“
Для бетонных свай с подбабком η=0,5 килограмм]см“ |
1 | Автор учитывает коэфф. потерянной работы |
Забивные
(железобетонные)
А
1. Геннебик
(фигура 3)
2. Кон си дер
(фигура 4)
3. Хеноветч
(фигура 5)
1. Цюблин
Б. Вейрнх и Рейнкен в Джильбрет продольных стержней; затем но наложении на сетку небольшого слоя бетона начинают скатывать железную трубу и т. о. наматывать на нее сетку. А-4, свая Ц ю б л и н а — схожа со сваей Геннебика, но наличие в ней перекрестных хомутов из крученой проволоки делает ее особенно жесткой. А-5, свая В е и р и х а и Рей нк е н а — однотипна со сваей Консидера, где наружная проволочи. обмотка заменена цельнотянутым металлом, что делает заготовку арматуры более дешевой. А-G, с в а я Д ж и л ь б р е т а; отличительн. черта ее]—желобчатая форма, делающая очень трудным ее выполнение, очень ломкая при .забивке и не имеющая за собой никаких преимуществ в отношении сопротивляемости. Б-1, свая
Раймонд а— конической фор-ЗИП мы и состоит из сердечника и оболочки.Схема установки этих
Фигура 2. Сравнительная диаграмма изменении сопротивлений цилиндрической еваи (аг—0) и конич. сваи с углами комичности «i в 1°, 2° и 3°, и зависимости от изменения Z, при постоянных: а — 20°, d=0,20 .vi, φ 35° и Δ .= — 1500 килограмм, Η—сопротивление в m, l—длина в метров.
| ,.£η· | |
| т | ~w> |
| Фигура 3. | Фигура 4. |
Фигура 5.
свай следующая (фигура 6): 1—оболочка и сердечник приготовлены для забивки; 2—сердечник вставлен в оболочку; 3—сердечник с
оболочкой забит в грунт на требуемую глубину; 4—сердечник вынимается из оболочки; 5—оболочка заполнена бетоном с железной арматурой (последней может и не быть). Б-2, свая Маета (фигура 7)—состоит из оболочки из 1—2-лш листового железа и деревянного сердечника; оболочка наполняется бетоном и притрамбовывается. Способ перехода оболочки в заострение и конструкция заостренной части видны из фигура 7, где 1 представляет разрез сваи но заострению; тело заостренной части сваи дела-
*есл) и 6νβ<Ηθ f 4
ют из дерева, к-рое покрыто по наружи, поверхности слоем литого асфальта; снизу имеется железный наконечник со штырем; 2 и 3 — поперечные сечения острия сваи в верхней Фигура 7.
π средней горизонтальных плоскостях; 4 представляет раз-метку вырезов и прорезов на развернутом листе оболочки сваи в пределах заострения сваи; 5—дает изображение общего вида оболочки застренин сваи в исполненном состоянии. Б-3, свая Янсен а—отличается от сваи Маета только типом своего наконечни-
Фнг. 8.
Фигура 9.
ка-заострения (железобетонный). КромеТто-го оболочка здесь делается не на всю длину сваи, а лишь на том протяжении ее, где имеются в наличии грунтовые воды. Б-4, свая П и р л е с а (фигура 8)—состоит из оболочки в виде ряда отдельных бетон, колец, полого чугунного наконечника—острия, глухо насаженного на нижнее кольцо, и сердечника из толстостенной железной трубы. Б-5, свая III е н а и х а (фигура 9)—состоит из толстостенной обсадной железной трубы, в к-рую опускается оболочка из тонкого листового железа, снабженная снизу конич. наконечником. Так. обр. после бетонировки и подъема наружной трубы в грунте получается железобетонная свая, в которой оставшаяся внутренняя оболочка выполняет роль арматуры. Погружение обсадной трубы в грунт м. б. осуществлено по одному из следующих способов: а) наружная полая труба без всякого наконечника забивается копром с последующей выемкой из опущенной т. о. трубы оказавшегося в ней грунта; б) труба снабжается наконечником и забивается копром, как обыкновенная забивная свая;
в) труба погружается в грунт при помощи бурения; г) труба забивается в грунт при помощи особого выдвижного стержня—сердечника с заостренным наконечником снизу; д) труба опускается в грунт с помощью напора струи воды, нагнетаемой в трубу. В-1, свая Штрауса (фигура 1U)— выполняется по следующей схеме: 2— производится бурение скважины в обсадной трубе; 2— заканчивается бурение на плотном грунте; 3—происходит загрузка части скважины бетоном из бадьи; 4—бетон уплотняется трамбованием; 5—трамбование продолжается с одновременным подъемом на некоторую небольшую высоту обсадной трубы; 6—производится дальнейший подъем обсадной трубы по мере исполнения самой сваи; 7—свая в своем законченном виде.
В-2, свая Симплекс (фигура 11)—характер ее конструкции выявляется по схеме: 7 —толсто стенная обсадная железная труба, снабженная внизу массивным литым коническим наконечником, забивается в грунт подобно обыкновенной забивной свае; 2—в опущенную таким образом обсадную трубу засыпается порция бетона при помощи бадьи со створчатым днищем; 3—одновременно с трамбованием происходит медленное .поднятие обсадной трубы: 4—свая в своем исполненном виде. В-3, с в а я Ψ р а н-к и н ь о л я (фигура 12): здесь обсадная труба
состоит из концентрических колец, телескопически вставляемых одно в другое; вследствие специальных муфт отдельные звенья могут взаимно передвигаться, но не разъединяются при погружении их вниз. Процесс изготовления такой сваи сводится к следующему: 1—забивается 1-е (нижнее) звено обсадной трубы: 2— 1-е звено обсадной тру пы вытянулось на всю свою длину и тащит за собой следующее звено; 3—баба вынута из обсадной трубы и началось бетонирование самой сваи; 4—производится трамбование бетона в трубе с одновременным поднятием нижнего звена; 5—нижнее звено трубы
I
у
Фигура 12.
вынуто совсем и приступлено к бетонированию следующего звена; 6—все звенья обсадной трубы вытянуты, и свая закончена бетонировкой. В-4, свая Харлей-Эббота (фигура 13)—состоит из железной обсадной трубы и сердечника: нижняя часть сердечника выступает за обсадную трубу, а на верхнем конце его имеется утолщенное кольцо, которое, опираясь на обсадную трубу, заставляет ее погружаться вместе с собой. Ход работ здесь происходит но схеме: 7 сердечник забит до требуемой глубины;
2—сердечник вынут, в трубу опущена порция бетона с одновременным поднятием этой
трубы на некоторую высоту; 3—сердечник, опущенный в трубу, ударами своего выступающего из трубы внизу конца вдавливает бетон в боковые стенки скважины и образует уширенное основание сваи; 4— обсадная труба извлечена вся, и свая представлена в своем законченном виде. Наличие у спаи уширенного основания представляет возможность широко использовать большую сопротивляемость нижних прочных грунтов. 15-5, свая В и ль гель ми (фигура 14)—тоже свая с уширенным основанием, полученным при посредстве а.
Аудирующим вентилем Р, т. о. вентилем, регулирующим давление пропускаемого им сжатого воздуха. Труба t соединена с бе-тоньеркой, имеющей воронку Т для засыпки составных частей бетона. Эта бетоньерка, в свою очередь, соединена трубой 1) с воздушным резервуаром К. Средняя труба m и труба п—обе включены в трубу D. Схема работ видна из следующего: 1—кран д поставлен на 2-й ход и дает выпуск в атмосферу; по трубе п в оболочку, замкнутую со всех сторон, впускается сжатый воздух малого (в Р/г atm) давления, к-рый по трубе t выгоняет скопившуюся внутри оболочки грунтовую воду; 2—краны: s на трубе п и И на трубе m закрыты, а край и на трубе!) открыт; кран д поставлен на 1-й ход (соединение с бетоньеркой); при таком положении бетон благодаря давлению сжатого воздуха (10 aim) из бетоньерки проходит по трубе и заполняет часть обсадной трубы;
3—представляет результат одной пропущенной на схеме маниции, а именно: после акта 2 кран д ставят на 3-й ход и, закрыв кран s, открывают кран !ί; тогда сжатый воздух высокого давления, войдя в оболочку А, своим давлением вдавливает бетон в нижележащий грунт в виде уширенного основания; одновременно тем же сильным давлением обсадная труба приподнимается несколько вверх; получив уширение внизу, кран В закрывают, а кран s вновь открывают, что вызывает собою умеренное сжатие бетона внутри оболочки; 4— представляет момент, когда выпуском сжатого воздуха по трубе m через открытый кран В, при закрытых кранах s и д, опять поднимают вверх самую оболочку. Так. обр., получение на свае уши-рений, а равно и степень вдавливания бетона вгрунт и прессование самого бетона м. б. регулируемы по желанию строителя. В случае надобности в обсадную трубу можно закладывать также и арматуру.
В-7, свая Рид-лея (фигура 10)— Фигура 1C.
ее выполнение ясно из схемы: 1—оболочка из толстостенной трубы забивкой погружена в грунт до требуемой глубины; 2—в оболочку погружен литой бетон, в к-рый вдавливается бетонный пилон, предварительно сделанный заранее на стороне; 3—оболочка несколько приподнята, вследствие чего бетонный пилон, вдавливая окружающий его литой бетон в кольцевое пространство, освободившееся после подъемки оболочки, опускается вниз до самого башмака. Наличие на пилоне кольцевого утолщения препятствует литому бетону выдавливаться вверх. Г-1, свая Компресс о л ь (фигура 17)—выполняется по схеме: 1—в грунте пробивается отверстие при помощи чугун, бабы с утонченным заострением; 2—в отверстие в грунте опущен бетон (иногда вместо него засыпается крупный
Фигура 15.
крышкой, сквозь к-рую пропускаются 3 трубы: 1) труба {.опускающаяся своим открытым конном до самого низа оболочки и снабженная краном д на 3 хода (один сообщает эту трубу с бетоньеркой, другой дает выпуск в атмосферу, третий запирает трубу совершенно); 2) средняя труба т, снабженная краном В для проведения сжатого воздуха высокого давления (10 aim); 3) труба п, снабженная краном s, манометром к и ре-
Схема ее изготовления: 1—в обсадной трубе пробурена или пробита скважина, внизу ее заложен заряд чатого вещества с проводкой от него вверх запала, а сама скважина вся заполнена пластичным бетоном;
Фигура 14.
2— обсадная труба приподнята примерно на 1 м, что дает возможность при е получить желаемое уширение основания сваи;
3— - произведен, и в образовавшуюся пустоту сполз сверху пластичный бетон;
4— обсадная труба извлечена, и свая забетонирована до конца. В-6, свая Воль ф-хольтса (фигура 15): состоит нз оболочки—трубы А, тем или иным путем погружаемой в грунт на требуемую глубину и снабженной сверху герметически закрывающейся песок или щебень) и происходит его трамбование чугунной бабой с притупленным заострением в целях наилучшего раздвигания бетона в стороны; 3—бетонирование сваи сверху заканчивается при помощи плоской бабы. Эта свая применима лишь в тех грунтах, в которых стенки скважины преждевременно не осыпаются; если в толще земли
Фигура 17.
имеются водоносные прослойки, то пользование сваями Компрессоль становится совершенно невозможным.
Преимущества забивных свай: 1) процесс формования сваи производится на виду, что допускает возможность хорошего наблюдения, а потому и тщательного выполнения; 2) возможность применения свай в условиях нахождения сваи в воде, состав которой препятствует нормальному твердению бетона; 3) допускаемая на сваю нагрузка легко может быть определена вследствие наличия у сваи определенной геометрической формы.
Недостатки забивных свай: 1) для возможности быть забитой свая должна иметь вес, меньший веса копровой бабы, что сильно ограничивает случаи применения таких свай; 2) происшедшая во время забивки сваи деформация ее в грунте может остаться незамеченной и так. обр. вызвать впоследствии разрушение постройки, на ней основанной; 3) всякого рода срезы и в особенности наращивания забивных железобетонных свай осуществляются с большими затруднениями; 4) последовательные удары бабы копра создают сотрясения грунта, что иногда вызывает в соседних сооружениях нежелательные трещины.
Преимущества набивных свай: 1) набивная свая изготовляется такой именно длины, какая требуется по условиям работы ее в грунте; 2) набивная спая не требует железной арматуры, и это в значительной степени удешевляет ее; 3) набивная свая в остающейся в грунте оболочке получает вполне правильную форму, обеспечивающую легкий н точный расчет ее сопротивления; 4) при погружении оболочки при помощи бурения устраняются всякие сотрясения грунта, что дает возможность ставить такие сваи как возле самих существующих уже громоздких сооружений, так и под сооружениями в случае надобности подводки под них фундаментов более усиленной конструкции.
Недостатки набивных свай: 1) стоимость оболочки сваи, остающейся в грунте, повышает общую стоимость самой сваи; 2) в сваях с извлекаемой оболочкой твердение бетона происходит в присутствии подземных вод, состав которых не всегда благоприятен для самого бетона; 3) в виду неопределенной формы боковой поверхности сваи, изготовленной в извлекаемой из грунта оболочке, расчет сопротивляемости сваи становится до некоторой степени неопределенным.
Лит.: Дмоховгк и и В. К., Куге оснований и фундаментов, М., 1927; е г о ж е, Основания и фундаменты. Пособие для проектировании, М., 1925; его ж е, Влияние геометрической ф ч мы сван на ее сопротивляемость,. Научные труды М. II. И. Т.», вып. 6, М., 1927; N об E. et Тгосй L., Pieux et sonnetts, Р., 1920; Jacoby H.S.a. Uavis R. P., Foundations of Bridges and Buildings, 2 id., N. Y.,
1 925; Handbuch fiir Kisenbetonbau, B. 3, Orund- und Mauerw.rksbau, B., 1922. В. Дмоховский.