Введение
В настоящее время для Астаны, Алматы и других крупных городов Республики Казахстан особую актуальность приобрели проблемы строительства новых и реконструкции существующих объектов, расположенных в непосредственной близости к имеющимся зданиям и сооружениям, в том числе в историческом центре городов.
При этом возникают не только технологические трудности, связанные с производством работ в стесненных условиях, но и появляется опасность повреждения строений, которые часто имеют архитектурную и историческую ценность.
В Астане картина существенно осложняется тем, что инженерно-геологические условия региона весьма сложны.
Нарушение структуры слабых грунтов происходит вследствие изменения статической схемы работы массива грунта (дополнительного нагружения при строительстве новых зданий, снятия нагрузки при устройстве котлованов), динамического воздействия от движущихся строительных машин и технологических воздействий при устройстве фундаментов, особенно свайных, выполняемых из железобетонных забивных свай (заводского изготовления).
При проектировании фундаментов и разработке проектов производства работ для получения высоких технических и экономических показателей необходимо обеспечить примерное равенство несущей способности сваи по материалу ее ствола и грунту основания, целостности конструкций рядом расположенных зданий и сооружений, а также выполнение требований экологии (снизить уровень шума, загазованности воздуха, загрязнение территорий, в том числе при транспортировании с площади застройки разрабатываемого грунта и глинистого раствора).
Опыт устройства свайных фундаментов свидетельствует, что применение забивной технологии представляет опасность для окружающей застройки, так как технологические процессы оказывают негативные воздействия на окружающие здания и сооружения. Причинами динамических воздействий при устройстве свайных фундаментов заводского изготовления, главным образом являются: ударное взаимодействие молота с «головой» сваи; дополнительные динамические возмущения грунта при передвижении копровых установок по строительной площадке
Поэтому, в процессе работ для сохранности окружающих зданий и сооружений, а также для контроля строящегося фундамента необходимо осуществлять постоянный геотехнический мониторинг, включающий геодезический и динамический контроль за их осадками в течение всего периода строительства начиная с разработки котлована.
Сам же контроль, за несущей способностью свай при динамических нагрузках рекомендуется определять согласно требованиям ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями» и СН РК 5.01-07-2002 «Свайные фундаменты».
Результаты старых полученных данных при определении несущей способности свай показывают что, при использовании сваебойного оборудования с разными техническими данными получают различные значения отказа. При этом анализ формулы для отказа свай учитывает характеристики грунтов залегающих на глубине не достаточно.
Поэтому определение несущей способности свай по результатам динамических испытаний является актуальной проблемой на современном этапе развития строительной отрасли. Необходимо тщательное рассмотрение этого вопроса в разрезе 21 века. Проведение исследований с использованием современных инженерно-технических средств, компьютерной и другой вычислительной техники. Использованием современных сваебойных машин и другого сваебойного оборудования.
1 Классификация и основные характеристики свай
Сваи должны быть изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 19804-91 «Сваи железобетонные. Технические условия», технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем, по рабочим чертежам серий 1.011.1-9, 1.011.1-10, УД-40-88, 3.500.1-1, 3.501.1 и ГОСТ 19804.2 - ГОСТ 19804.7.
1.1 Классификация свай по способу заглубления
По способу заглубления в грунт надлежит различать следующие виды свай:
a) забивные железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
b) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
c) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
d) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;
e) винтовые.
1.2 Классификация свай по условиям работы
По условиям работы взаимодействия с грунтом сваи следует подразделять на сваи-стойки и висячие.
К сваям-стойкам надлежит относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, на малосжимаемые грунты. (К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным, а также глины твердой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации Е > 50 000 кПа (500 кгс/см2).
К висячим сваям следует относить сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.
1.3 Основные типы забивных железобетонных свай
Сваи подразделяют на следующие типы:
С - квадратного сплошного сечения, цельные и составные, с поперечным армированием ствола;
СП - квадратного сечения с круглой полостью, цельные;
СК - полые круглого сечения диаметрами 400 - 800 мм, цельные и составные;
СО - сваи-оболочки диаметрами 1000 - 3000 мм, цельные и составные;
1СД - сваи-колонны квадратного сплошного сечения, двухконсольные, расположенные по крайним осям здания;
2СД - то же, расположенные по средним осям здания;
СЦ - квадратного сплошного сечения, цельные, без поперечного армирования ствола, с напрягаемой арматурой в центре сваи.
1.4 Основные параметры и размеры забивных свай
Форма и основные размеры свай должны соответствовать указанным в таблице 1.
Таблица 1 – Форма и основные размеры забивных свай.
1.5 Характеристики свай
Сваи должны удовлетворять требованиям ГОСТ 13015.0:
a) по показателям фактической прочности бетона: в проектном возрасте, передаточной и отпускной;
b) по морозостойкости и водонепроницаемости бетона;
c) к маркам сталей для арматурных и закладных изделий, в том числе для монтажных петель;
d) по защите от коррозии.
Сваи должны удовлетворять установленным при проектировании требованиям по трещиностойкости и выдерживать контрольные испытания, указанные в рабочих чертежах на эти сваи.
Сваи следует изготовлять из тяжелого бетона по ГОСТ 26633 классов по прочности на сжатие, указанных в рабочих чертежах на эти сваи. При опирании свай на скальные и крупнообломочные грунты класс бетона по прочности на сжатие следует принимать не ниже В25 независимо от длины сваи. В качестве крупного заполнителя для бетона свай должен применяться фракционированный щебень из естественного камня или гравия, при этом размер фракции не должен быть более 40 мм.
Для армирования свай следует применять арматурную сталь следующих видов и классов:
a) в качестве напрягаемой продольной арматуры - термомеханически упрочненную стержневую классов Ат-V, Ат-VСК, Ат-IV, Ат-IVС и АТ-IVК по ГОСТ 10884, горячекатаную стержневую классов А-V и А-IV - по ГОСТ 5781;
b) арматурные канаты класса К-7 по ГОСТ 13840;
c) высокопрочную проволоку периодического профиля класса Вр-II по ГОСТ 7348;
d) в качестве ненапрягаемой продольной арматуры - стержневую горячекатаную периодического профиля классов А-III, A-II и Ас-II по ГОСТ 5781, термомеханически упрочненную классов Ат-IIIС и Ат-IVС по ГОСТ 10884;
e) в качестве конструктивной арматуры (спирали, сетки, хомуты) - проволоку обыкновенную периодического профиля класса Вр-I по ГОСТ 6727, стержневую горячекатаную гладкую класса А-I по ГОСТ 5781.
Допускается в качестве ненапрягаемой продольной арматуры применять арматурную сталь класса А-I по ГОСТ 5781.
Значения действительных отклонений напряжений в напрягаемой арматуре не должны превышать предельных, указанных в рабочих чертежах на эти сваи.
Форма и размеры арматурных и закладных изделий и их положение в сваях должны соответствовать указанным в рабочих чертежах на эти сваи.
Сварные арматурные и закладные изделия должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10922 (при классе точности свай 8) и настоящего стандарта.
Значения действительных отклонений от линейных размеров арматурных изделий и от размеров, определяющих положение этих изделий в сваях, не должны превышать предельных, указанных в таблице 2.
Таблица 2 – Предельные отклонения линейных размеров арматурных изделий.
|
Наименование геометрического параметра
|
Пред. откл.
|
|
Сваи с ненапрягаемой арматурой
|
|
Расстояние от крайнего поперечного стержня (спирали, сетки, хомута) до конца каркаса
|
±10
|
|
Шаг спирали, сеток, хомутов при значении шага:
|
|
|
до 50 включ.
|
±10
|
|
св. 50 до 100 включ.
|
±15
|
|
" 100
|
±25
|
|
Сваи с напрягаемой арматурой
|
|
Расстояние от крайней сетки (хомута, витка спирали) до торца сваи
|
±10
|
|
Шаг спирали, сеток хомутов при значении шага:
|
|
|
до 50 включ.
|
±10
|
|
св. 50 до 100 включ.
|
±25
|
|
" 100
|
±50
|
1.6 Допустимые отклонения
Значения действительных отклонений геометрических параметров свай не должны превышать предельных, указанных в таблице 3.
Таблица 3– Предельные отклонения геометрических параметров свай.
|
Наименование отклонения геометрического параметра сваи
|
Наименование геометрического параметра сваи
|
Пред. откл.
|
|
Отклонение от линейного размера
|
Длина призматической (цилиндрической) части сваи с ненапрягаемой арматурой при длине сваи:
|
|
|
|
до 8000 включ.
|
±25
|
|
|
св. 8000 до 16000 включ.
|
±30
|
|
|
" 16000
|
±40
|
|
|
То же, свай с напрягаемой арматурой
|
±50
|
|
|
Размер (наружный диаметр) поперечного сечения сваи:
|
|
|
|
до 250 включ.
|
+15; -6
|
|
|
св. 250 до 500 включ.
|
+20; -8
|
|
|
" 500 " 1000
|
+25; -10
|
|
|
" 1000 " 1600
|
+30; -12
|
|
|
" 1600 " 2500
|
+40; -15
|
|
|
" 2500
|
+50; -16
|
|
|
Толщина стенки сваи типов СП,СК и СО:
|
|
|
|
до 120 включ.
|
+10; -5
|
|
|
св. 120 до 250 включ.
|
+25; -6
|
|
|
Длина острия или наконечника
|
±30
|
|
|
Расстояние от центра острия или наконечника до боковой поверх. сваи
|
15
|
|
|
Расстояние от центра подъемной (монтажной) петли, штыря, втулки и отметки для строповки до концов сваи
|
50
|
|
Отклонение от прямолинейности профиля боковых граней призматической части ствола (направляющих цилиндрической поверхности) сваи на всей длине:
|
-
|
|
|
до 8000 включ.
|
|
±25
|
|
св. 8000 до 16000 включ.
|
|
±30
|
|
" 16000
|
|
±40
|
|
Отклонение от перпендикулярности торцевой плоскости:
|
-
|
|
|
в голове сваи и сваи-оболочки
|
|
0,015 размера поперечного сечения сваи
|
|
в зоне стыка составной сваи сплошного квадратного сечения
|
|
0,01 размера поперечного сечения сваи
|
|
в зоне стыка составной сваи-оболочки
|
|
0,005 размера поперечного сечения сваи
|
1.7 Приемка
Приемка свай - по ГОСТ 13015.1 и ГОСТ 19804-91. При этом сваи принимают:
a) по результатам периодических испытаний - по показателям трещиностойкости свай, морозостойкости и водонепроницаемости бетона;
b) по результатам приемосдаточных испытаний - по показателям прочности бетона (классу бетона по прочности на сжатие, передаточной и отпускной прочности), соответствия арматурных и закладных изделий рабочим чертежам, прочности сварных соединений, точности геометрических параметров, толщины защитного слоя бетона до арматуры, ширины раскрытия технологических трещин, категории бетонной поверхности.
Периодические испытания свай для контроля их трещиностойкости проводят перед началом массового изготовления свай и в дальнейшем при внесении в них конструктивных изменений и изменений технологии изготовления в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.1.
В процессе серийного производства свай испытания на трещиностойкость проводят не реже одного раза в год.
Сваи по показателям точности геометрических параметров, толщины защитного слоя бетона до арматуры, категории бетонной поверхности и ширины раскрытия технологических трещин следует принимать по результатам выборочного контроля.
В документе о качестве свай по ГОСТ 13015.3 дополнительно должны быть приведены марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости (если эти показатели оговорены в заказе на изготовление свай).
1.8 Методы контроля
Испытания свай на трещиностойкость следует проводить нагружением по ГОСТ 8829 или без нагружения (при воздействии только собственного веса сваи) по схемам, установленным стандартами или рабочими чертежами на сваи конкретных типов. Число свай одного типа, отбираемых для испытаний на трещиностойкость, должно быть не менее двух.
Прочность бетона сваи определяют по ГОСТ 10180 на серии образцов, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава и хранившихся в условиях, установленных ГОСТ 18105.
При испытании свай методами неразрушающего контроля фактическую, передаточную и отпускную прочность бетона на сжатие следует определять ультразвуковым методом по ГОСТ 17624 или приборами механического действия по ГОСТ 22690, а также другими методами, предусмотренными на методы испытаний бетона.
Морозостойкость бетона свай следует контролировать по ГОСТ 10060 или ультразвуковым методом по ГОСТ 26134 на серии образцов, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава.
Водонепроницаемость бетона свай определяют по ГОСТ 12730.0 и ГОСТ 12730.5.
Контроль сварных арматурных и закладных изделий - по ГОСТ 10922.
Силу натяжения арматуры, контролируемую по окончании натяжения, измеряют по ГОСТ 22362.
Размеры, отклонения от прямолинейности боковых граней и от перпендикулярности торцевых граней свай, ширину раскрытия поверхностных технологических трещин, размеры раковин, наплывов и сколов бетона свай следует проверять методами, установленными ГОСТ 26433.0 и ГОСТ 26433.1.
Положение острия (или наконечника) сваи относительно центра ее поперечного сечения проверяют измерением расстояния между осью острия (наконечника) и двумя стальными пластинами или угольниками, закрепленными струбцинами в нижней прямоугольной части сваи, или при помощи специального кондуктора.
Размеры и положение арматурных и закладных изделий, а также толщину защитного слоя бетона следует определять по ГОСТ 17625 и ГОСТ 22904.
Толщину защитного слоя бетона следует проверять по верхней и двум боковым граням сваи на двух участках, расположенных между подъемными петлями на расстоянии не менее 100 мм от петли вдоль оси сваи, а для свай с ненапрягаемой арматурой и в торце сваи - в местах расположения продольных стержней.
1.9 Транспортирование и хранение
Транспортирование и хранение забивных железобетонных свай необходимо выполнять в соответствии с ГОСТ 13015.4 и ГОСТ 19804-91.
Сваи следует хранить в штабелях горизонтальными рядами с одинаковой ориентацией торцов свай. Между горизонтальными рядами свай (при складировании и транспортировании) должны быть уложены прокладки, расположенные рядом с подъемными петлями, или в случае отсутствия петель в местах, предусмотренных для захвата свай при их транспортировании. При складировании полых круглых свай и свай-оболочек на концах прокладок должны быть укреплены брусья, препятствующие скатыванию свай. Высота штабеля свай не должна превышать ширину штабеля более чем в два раза и не должна быть более:
2,5 м - для свай квадратного сечения;
4 рядов - для полых круглых свай диаметром 400 - 600 мм;
2 - для полых круглых свай диаметром 800 мм и свай-оболочек.
Погрузку и разгрузку свай квадратного сечения следует производить за подъемные петли. Подъем свай квадратного сечения на копер следует производить стропом, закрепленным за сваю у фиксирующего штыря или у верхней подъемной петли, если это допускается требованиями рабочих чертежей на сваи конкретного типа, при этом строповка непосредственно за подъемную петлю или штырь запрещается.
Погрузку, разгрузку и подъем полых свай круглого сечения и свай-оболочек на копер следует производить захватами в местах, отмеченных краской в соответствии со схемами, приведенными в рабочих чертежах на сваи конкретного типа.
При спланированной поверхности строительной площадки допускается перемещение сваи к копру на расстояние не более 6 м.
1.10 Область применения свай
Область применения свай в зависимости от конструкции надфундаментной части здания или сооружения и грунтовых условий площадки строительства приведена в таблице 4, в районах вечномерзлых грунтов - в таблице 5.
Таблица 4 - Область применения свай в зависимости от конструкции надфундаментной части здания грунтовых условий площадки строительства.
|
Характеристика и тип сваи
|
Область применения свай
|
|
по конструкции
надфундаментной части
|
по грунтовым условиям
|
|
Грунты, прорезаемые сваями
|
Грунты под нижними концами свай
|
|
Забивная цельная типа С
Забивная цельная и составная типа СК или СО
|
Для зданий или сооружений
|
Нескальные следующих подгрупп: песчаные, пылевато-глинистые, биогенные, насыпные, намывные
|
Скальные
Нескальные следующих подгрупп: крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые (кроме илов)
|
|
Забивная составная типа С
Забивная типа СП
|
Для зданий или сооружений (кроме гидротехнических)
|
Пески мелкие и пылеватые, рыхлые и средней плотности; супеси пластичные и текучие; суглинки и глины от тугопластичных до текучих; илы; биогенные грунты
Допускается для цельных и нижних секций составных свай прорезание прослоев плотных песчаных и твердых пылевато-глинистых грунтов толщиной не более 0,5 м
|
Нескальные следующих подгрупп: песчаные, пылевато-глинистые (кроме илов)
Допускается опирание на скальные грунты: аргиллиты или алевролиты
|
|
Забивная типа СЦ
|
Для зданий или сооружений в фундаментах которых: сваи погружены на всю глубину в грунт; сваи выступают над поверхностью грунта на высоту не более 2 м и расположены внутри помещения с положительной расчетной температурой воздуха; на сваи не передаются растягивающие усилия
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые, рыхлые и средней плотности; супеси пластичные и текучие; суглинки и глины от тугопластичных до текучих; илы; биогенные грунты
|
Нескальные следующих подгрупп: песчаные, пылевато-глинистые (кроме илов)
|
|
Забивная типа СД
|
В качестве колонн сельскохозяйственных зданий высотой до 6 м, пролетом до 21 м
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые средней плотности; супеси пластичные; суглинки и глины от полутвердых до мягкопластичных
|
|
Таблица 5 - Область применения свай в районах вечномерзлых грунтов.
|
Характеристика
и тип сваи
|
Область применения свай
|
|
по принципу
использования вечномерзлых грунтов в качестве основания
|
по способу
погружения в грунт
|
по грунтовым условиям
|
|
Грунты, прорезаемые сваями
|
Грунты под нижними концами свай
|
|
Забивная типа С с ненапрягаемой арматурой
|
Принцип II
С допущением оттаивания вечномерзлых грунтов в процессе эксплуатации здания или сооружения
|
Забивной в предварительно оттаянные зоны грунта
|
Нескальные следующих подгрупп: пылевато-глинистые, песчаные, биогенные, насыпные, намывные
|
Скальные
Нескальные следующих подгрупп: крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые (кроме илов)
|
|
Опускная типа С с ненапрягаемой арматурой
|
Принцип I
С сохранением вечномерзлых грунтов в течение всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения
|
С оттаиванием грунта: диаметр зоны оттаивания должен быть не более 2b, где b - размер наибольшей стороны поперечного сечения сваи
|
Нескальные следующих подгрупп: твердомерзлые мелкие и пылеватые пески, содержащие крупнообломочные включения не более 15% (по массе) при средней температуре грунтов по длине сваи ниже минус 1,5°С; твердомерзлые пылевато-глинистые грунты при средней температуре грунтов по длине сваи от минус 1,5°С и ниже
|
|
Буроопускная типа С
|
Принцип I
С сохранением вечномерзлых грунтов в течение всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения
|
Опусканием в заранее пробуренную скважину, диаметр которой не менее чем на 50 мм больше диагонали сечения сваи, с заполнением скважины грунтовым раствором
|
Нескальные группы следующих подгрупп:
крупнообломочные и песчаные, твердомерзлые при средней температуре грунта по длине сваи минус 0,5°С и ниже и суммарной влажности:
40%
100%
пылевато-глинистые, пластичномерзлые при средней температуре грунта по длине сваи минус 0,5°С и ниже
|
Полые круглые сваи и сваи-оболочки следует применять преимущественно при наличии слабых грунтов большой мощности, при необходимости передачи на сваи больших горизонтальных и вертикальных усилий, а также в качестве односвайных фундаментов под колонны. Составные полые круглые сваи и сваи-оболочки следует применять в случаях, когда требуемая длина полых круглых свай и свай-оболочек более 12 м. Для их сборки следует использовать секции таких длин, при которых получается минимальное число стыков. Составные сваи сплошного квадратного сечения должны состоять из двух элементов.
Стыки составных свай и свай-оболочек должны обеспечивать передачу усилий, возникающих при погружении свай в период строительства и эксплуатации.
Область применения свай по сейсмичности строительной площадки не ограничивается, кроме свай квадратного сечения составных, без поперечного армирования ствола и с круглой полостью, которые допускается применять для строительства на площадках с сейсмичностью до 6 баллов включительно.