> Техника, страница 79 > Сваи

Сваи

Сваи, вертикальные (иногда наклонные) стержни, забитые в грунт и служащие для уплотнения грунта под сооружением или для передачи давления от веса сооружения непосредственно на твердый грунт (материк), а также для пересечения притока грунтовых и других вод или сползания грунта к месту, на к-ром возводится сооружение. Для уплотнения грунта С. забиваются частоком, то есть в шном порядке, или рядами на определенном расстоянии друг от друга. Для устройства водонепроницаемых стен и перемычек (смотрите), для поддержания плывуна (смотрите), для образования форм для засыпаемого грунта (смотрите) или бетона (смотрите) располагают С. в виде сплошных плотных рядов или шпунтовых стенок. В отношении материала различают деревянные, бетонные, железобетонные, железные и комбинированные С.

Деревянные С. долговечны лишь в том случае, если они находятся постоянно ниже уровня почвенных вод. На С. идет по преимуществу сосна, отличающаяся прямизной ствола, постепенностью утонения от комля к вершине и долговечностью, уступая однако в последнем отношении дубу и лиственнице; эти две породы дерева кроме того лучше сопротивляются ударам при забивке. Дерево для С. может быть сырое, а при оплошном расположении это даже рекомендуется во избежание разбухания С. на месте. С. забивают ударами бабы при помощи различного типа копров (смотрите). При забивке комлем вниз G. входит в грунт легче благодаря меньшему боковому трению, но зато ее сопротивление давлению меньше; затрата работы при забивке комлем вверх примерно на 15% больше. Когда С. не упираются своими концами в твердый материк, а должны держаться трением в грунте, то их забивают комлем вверх, в особенности если они должны нести на себе значительную нагрузку.

Бревна для С. очищают от коры, выравнивают и заостряют снизу пирамидой или конусом высотою около дцух диаметров С. (при несплошной забивке) или в виде клина (при сплошной забивке). Ребро клипа срезают под углом 10— 30° и дают наклон одной из торцовых граней клина; при забивке С. с одной скошенной гра-

ныо у нижнего конца сопротивление грунта дает горизонтальную составляющую силу, которая прижимает С. к забитой ранее, увеличивая тем самым плотность стенки. Острие пирамиды должно точно совпадать с осью С. Острие и ребра слегка притупляют. Четырехгранное заострение надлежит предпочесть всякому другому, т. к. при трехгранном заострении получаются очень острые ребра, а многогранное и конусное труднее сделать и кроме того последнее допускает вращение С. при забивке. На острие С. иногда надевают железный или чугунный баш первый представляет собой сплошную пирамиду с приваренными к ней лапами или сваривается из двух накрест положенных полос железа, примерно размерами 50 х 10 миллиметров; при отливке чугунных башмаков закладывают в форму заершенный гвоздь, служащий для скрепления башмака со С. Башмаки приносят пользу лишь при забияке С. в грунт с мелкими камнями и при достаточной прочности башмаков, весящих не менее 4—5 килограмм для железных и ок. 16 килограмм для чугунных. Обыкновенно забивают С. без башмаков, применяя последние лишь тогда, когда опыт покажет, что С. без башмаков сильно мочалятся или колются. Верхний конец, или голова, С. предохраняется от размочаливания и расколки бугелем, представляющим собой сваренное железное кольцо, надетое в горячем состоянии на голову С.; тогда сжатые волокна С. меньше размочаливаются и С. не может колоться. Бугеля изготовляются тем массивнее, чем сильнее удары бабы; для бугелей берут железо 13—50 миллиметров толщиной и 25—100 миллиметров шириной. Один бугель выдерживает примерно забивку 50 С. Несмотря на сжатие верхнего конца С. бугелем голова С. от ударов бабы несколько измочаливается, причем часть работы удара (до 30% и более) теряется без пользы; чтобы срезать измочалившуюся часть дерева, не переставляя каждый раз бугель, его сразу надевают несколько ниже среза головы С.

При расчете свайных оснований на отдельную сосновую С. диам. 20—36 сантиметров может быть допущена нагрузка соответственно 10—32,5 т.

Железные С., обыкновенно полые (кольцевого сечения), применяются в качестве заменяющих деревянные и бетонные в тех случаях, когда последние не м. б. использованы вследствие наличия бурильного червя, присутствия почвенных н-т, затруднительности получения надлежащего дерева или материалов для бетона и железобетона. Применение железных С. обусловливает необходимость защиты их от ржавчины или применения в таких конструкциях, в которых проржавевшая С. может быть во всякое время легко заменена новой. При применении для С. нержавеющей медистой стали этот вопрос отпадает. Железные С. имеют на нижнем конце острие (забивные С.) или винт (винтовые С.). Конструкция винта всецело зависит от свойств грунта, в к-рый С. завинчивается. Винтовые железные С. имеют перед забивными то преимущество, что позволяют без сотрясений быстро вгонять их в грунт и вследствие большего сечения винта допускают большие нагрузки. Винтовые С. применимы лишь в грунтах, в которых отсутствуют крупные препятствующие ввинчиванию предметы (камни, пни). Острие и винт делают из стали, стержень же С. может быть железный. Иногда делают винтовые С. с деревянным стержнем, однако это мало целесообразно,

т. к. лишь в редких случаях он обладает достаточной сопротивляемостью крутящим усилиям, возникающим при ввинчивании С. в грунт. Сплошные железные стержни плохо сопротивляются продольному изгибу н применимы лишь для небольших нагрузок. Наиболее рациональными поэтому являются трубчатые стержни, обладающие надлежащей сопротивляемостью всяким усилиям и допускающие применение способа "разрыхления грунта струей воды. При длинных С. их делают составными по длине, соединяя звенья ввинчиванием друг в друга или при помощи внутренних фланцев; наружные фланцы нецелесообразны, т. к. они затрудняют загонку С. в грунт.

Помимо указанных типов С. применяются также комбинированные сваи, состоящие из деревянной (нижней) и железобетонной (верхней) частей или из деревянных С., защищенных от бурильного червя гончарными трубами. В последнее время деревянные С. защищают от морского шашня железобетонными полыми цилиндрами, которые надевают на С. после их забивки и загоняют несколько в грунт. Франциус рекомендует промежуток между С. и окутывающим ее цилиндром заполнять жидким раствором, чтобы тем самым увеличить сопротивляемость С. продольному изгибу. Железобетонную облицовку деревянной С. можно делать на месте торкретированием.

Иногда возникает необходимость в выдергивании забитой С. Самое трудное в этой работе состоит в нарушении сцепления С. с грунтом; когда С. сдвинута с места, она уже вытаскивается относительно легко. Для захвата цепью пропускают через С. шкворень или применяют для этого клещи, заершенные лапы которых въедаются в С., или наконец вырезают в С. желобок, в к-рый закладывают петлю цепи; в последнем случае сила прилагается не по оси С., чем затрудняется выдергивание. Выдергивание производят при помощи рычагов, домкратов или лебедок. Если С. забита на местности, покрытой водой, то ее можно выдернуть, пользуясь подъемной силой плову чих средств; на море для этой цели можно воспользоваться отливами и приливами.

Лучшее средство для определения временного сопротивления С. — это испытание их нагрузкой, которую выдерживают пробные С., забитые в разных местах в грунт перед возведением постройки: однако применение этого способа на практике представляет большие затруднения, вследствие чего им пользуются чрезвычайно редко, отдавая предпочтение теоретич. способам определения этого сопротивления. Определение временного сопротивления С. в однородном грунте сводится к следующему. Сила, с которой С. сопротивляется сжатию, зависит главным образом от размеров С., от свойств грунта и от трения грунта о поверхность С. Сила эта выражается следующей суммой

Р=D + R, (1}

где Ώ — сопротивление острия С.; R — сопротивление трению. Обозначим через I расстояние от заострения до поверхности земли (при длине s заострения необходимо при определении длины I принять в расчет is); F — площадь поперечного сечения С.; U — периметр С.; V — объём находящейся в земле части С.; — коэф. трения между С. и грунтом, значения которого по

Дерру ОД—0,5 (для расчетов он принимает 1тах⁼®$) У— вес единицы объёма земли;?! — угол естественного откоса грунта. Тогда сопротивление С. постоянного сечения будет:

P^yV(e + _SlfU^), (2)

где е=tg² (45° + -|) — мера сопротивления грунта у подошвы С. перпендикулярно конечному сечению С.; е_х= 1 + tg-φ — мера давления грунта нормально к боковой поверхности С. При круглой С. диам. d сопротивление C.j

(3)

P=yV(s + 2_Sif±).

При круглой утолщающейся к голове С.

f do "Ь 2d

Р=ysV il-j-2/Z-

причем

V —

^do + ^da^du + ^du

£ (dl+ d₀d_u+ A

(4)

где d₀ и d_u означают верхний и нишний диаметры С. Для деревянных С. влияние конусности на сопротивление С. не существенно и потому не учитывается. Если верхний конец С. оканчивается у подошвы котлована, то сопротивление С. будет равно

P=yF[e+_S]/-i(i_a+i-)], (5)

где t_a—глубина котлована.

Для определения сопротивления С. сжатью при разнородном грунте обозначим толщину отдельных слоев грунта, считая последовательно от поверхности земли, через t_a, t_b, t_c, ., t_nи соответствующие этим слоям присущие каждому роду грунта характеристики с соответствующими индексами у_а, s_t, ε_1β, ., /„ и т. д.; тогда сопротивление круглой С.:

Р =Уа е_аУа+e_iaf_aU

i) 2

+

+ Уь чРъ+ e_lbf_bUtb(ta Ч--f-)] + ··· +

4- Уп[е_пУ„ + £_inf_nUt_n(t_a + г_ь + .+ t_n-1+ -g-)].(6)

Если верхний конец С. оканчивается у подошвы котлована, то первый член ур-ин (6) приравнивается нулю. При малых углах φ и длинных С. можно в ф-лах (2) — (6) величину φ заменить величиной е_1; не делая большой ошибки в пределах возможной точности подсчета. В сомнительных случаях для большей надежности пренебрегают первыми членами в указанных уравнениях (величиной D). Временное сопротивление С., работающей на растяжение, может быть определено по формуле:

Ζ=“ yejdl (7)

а для наклонных С.:

Ζ_χ=γ yfPd cos afo+f cos a). (8)

Для наклонных стержней, работающих н4 сжатие:

Pj=Zj yeV cos a,

где a — угол, образуемый осью С. с вертикалью, а ζ — добавочное трение от наклонного положения оси, к-рое м. б. определено практически согласно выводам теории сыпучих тел Энгессера.

Наибольшая длина С. в зависимости от допускаемого для материала С. напряжения на сжатие определится так. Если обозначить через Pet допускаемое напряжение материала С. на сжатие, то можно принять приближенно:

а) при постоянном сечении С.:

Г =

2Д„Р

О)

rnUf ’

б) когда верхушка G. находится на глубине 1_а от поверхности земли:

/~ 2 R

l’=(F+^fUt_a)Y (10)

Если взять G. длиннее определенного I, то сопротивляемость С. прн данном допускаемом напряжении R_d не будет использована полностью или сечение головной части С. будет перенапряжено при полном использовании допускаемого давления на грунт. Глубина забивки G. для долговременных мостов должна быть не менее 4 метров Приведенные выше ф-лы общего метода расчета С., выведенные Дерром на основании теории сыпучих тел Энгессера, были проверены на опытах Крапфом и дали хорошие результаты, близко отвечающие действительности.

Число С,., поддерживающих сооружение, определится из выражения:

(»)

где N — число С.; G — полный вес сооружения с фундаментом; п — коэф. безопасности; Q — предельная допускаемая безопасная нагруз-

р ка на С., равная —. На практике расчет числа

G. под сооружение ведется на п. м стены, причем при неравномерной нагрузке число С. определяется отдельно для участков, имеющих разную нагрузку на 1 п. м. С. располагаются в несколько (не менее трех) рядов. Расстояние между центрами С. одного ряда обыкновенно берется 1,0—1,5 м, а расстояние между рядами 0,8—1,2 метров ось от оси. Если по расчету получается большее число С., чем их размещается при минимальных указанных размерах, то увеличивают длину забивки С. или их диаметр, подведя тем самым число С. под указанные нормы; в противном случае уменьшают длину С. и их диаметр, увеличивая тем самым число необходимых С. При забивке С. частоком в пять и более рядов работу начинают от среднего ряда и ведут к краям, т. к. иначе вследствие уплотнения грунта средние С. забивались бы крайне трудно. При очень слабом разжиженном водою грунте место под забивку С. окружают шпунтовыми стенками, чтобы тем самым предохранить основание сооружения от размыва и ограничить выпирание грунта в стороны. По окончании забивки С. верхние части их спиливают под один уровень несколько ниже постоянного уровня почвенных вод.

Предлагаемые разными авторами формулы (смотрите Бетонные и мселеаные сваи) не учитывают всех обстоятельств, происходящих при забивке С., т. к. эти обстоятельства различны для разных грунтов и зависят к тому же от способа производства работ. Так. формулы не предусматривают происходящие при забивке С. сотрясения грунта, влияющие существенно на сопротивление от трения; не учитывают также сопротивления от деформаций грунта во время процесса забивки С., зависящих от скорости этого процесса. Кроме того все формулы для динамич. расчета сопротивления С. дают различные результаты. Т. о. когда нужно выяснить точно действительное сопротивление С., то приходится прибегать к способу пробной нагрузки. При таких пробных нагрузках, в известных границах, играет существенную роль предел пропорциональной нагрузки, под которой подразумевают ту нагрузку, при которой С. начинает погружаться в грунт быстрее, чем это отвечает повышению нагрузки; наглядно это видно по диаграммам, представляющим зависимость между нагрузкой и величиной осадки С. и дающим резкое падение кривой, перешедшей за предел пропорциональной нагрузки. Ниже этого предела кривую можно приближенно заменить прямою я тогда коэфициент погружаемости С. в пределах этой пропорциональности можно выразить величиной с=-j, где G — приходящаяся на С. нагрузка, а е — соответствующее этой нагрузке погружение С. в грунт. В следующей таблице даны нек-рые коэф-ты погружаемости по Терцаги.

Коэфиц иенты погружаемости свай (по Терцаги).

Род грунта, в к-рый забиваются С.	Глубина забивки	Коэф. погружав-
	в м
Осевший насыпной грунт из
глины и шлака при конич.
заострении С.. Неплотный песок, в нижних слоях смешанный с илом при	3,60	62
конич. заострении С. Мягкая глина с примесью	3,40	166
торфа .. То же, но острие С. вошло в	8,00	25
песок ..	12,50	83

Систематически разработанных данных о ко-эфициенте погружаемости не имеется, а потому приведенные данные следует рассматривать как ориентировочные. Определение сопротивления С. по способу пробной нагрузки представляет сложную задачу, требующую особой тщательности выполнения и точного расчета.

Лит.: Брилинг С. Р., Формулы и таблицы для расчета инженерных конструкций, ч. 2, 3 изд., М.—Л., 1931; Д м о х о в с к и и В. К., Курс оснований и фундаментов, М.—Л., 1927; его же, Основания н фундаменты, М., 1925; Стапенко В., Ча<уи зданий, Гражданская архитектура, 8 изд., М.—Л., 1930; F г а п-ziusO., Der Grundbau, Berlin, 1927; Krey H., Erddruck, Erdwiderstand u. Tragfahigkeit des Baugrundes, 3 Aufl., B., 1927; Hetzell G. u. Wundram 0., Die Grundbautechnik u. ihre maschinellen Hilfsmittel, Б., 1929; В ii t z e r, Druck- u. Zugversuche an Eisenbeton-pfahlen, «Der Bauingenieur», В., 1927, p. 835; С о 1 b e г g, Bestimmung d. Einzelpfahllasten bei einseitiger Belastung d. Grundungsplatte, ibid., B., 1926, H. 1; Hall e, Pfahl-griindungen a. d. Isar, an d. Donau, «Zement», Charlot-tenburg, 1927; Lang, Einiges iiber Rammungen, «Der Bailing.», B., 1926, H. 30; N 1 e 1 s В u r, Ueber Pfahlram-mungen im Tonboden, «Die Bautechnik», B., 1927, p. 253; К a у s e r, Belastungsversuche f. die Tragfahigkeit von Pfeilerbauten in Sandboden, «Die Bautechnik», B., 1924; T erzaghi K., Erdbaumechanik, Lpz., 1925; К r a p f, Formeln u. Versuche iiber die Tragfahigkeit eingerammter Pi&ble, «Fortschritte d. Ing. Wissenscbaften», 1906, 2 Grup-pe, H. 12, 1906; Kreute r-K r a p f, Formeln u. Versuche iiber die Tragfahigkeit ringerammter Pfahie, Lpz., 1906; Emperger, Tragfahigkeit ven Beton-Eisen-pfahlen, «Ztschr. d. osterreich. Ingenieur- u. Architekten-vereins», Wien, 1902; G e i s s, Tragfahigkeit von Pfahlen in nachgiebigem Baugrund, «Zentralblatt d. Bauverwal-tung», Berlin, 1904; Stern O., Das Problem d. Pfahlbe-lastung, B., 1908; Zimmer m a nn M., Die Ramm-wirkung im Erdreich, B., 1915; Bernhard, Herstel-lung u. Belastung von gepressten BetonpfUhlen, «Ztrbl. <1. Bauverwaitung», B., 1922; B u t z e r, Druck- u. Zugversuche an Eisenbetonpfahlen f. I-Iafenkaibauten, «Der Bauingenieur», В., 1924, И. 13; L e v у, Formeln u. prak-tisebe Ergebnisse bei Pfahlungen, «Ztschr. d. fisterreich. Ingenieur- u. Architektenvereins», W., 1908; H a w e 1, Straight or Sapered Concrete Piles, «Engineering News», N. Y., 1909; Kafka R., Praktische Anwendung d. Methoden zur Bestimmung d. zuiassigen Pfahlbelastung, «Beton u. Eisen», B., 1909; Kafka R., Die Berechnung d. Tragfahigkeit gerammter Pfahie, «Armierter Beton», B., 1910; Kafka R., Die Theorie d. Pfahlgrundung, B., 1912; Kafka R., Formeln u. Versuche iiber die Trag

fahigkeit eingerammter Pfahie, B., 1912; L e s k e, Der Betonpfahl in Theorie u. Praxis, B., 1916; Hndb. f. Eisen-betonbau, hrsg. v. F. Emperger, B. 3, Grand- u. Ma-uerwerksbau, 3 Aufl., B., 1922; «Engineering News Recorder», N. Y., 1928, 22. С. Брндинг.