Фундаменты можно разделить на неглубокие фундаменты или глубокие фундаменты. Неглубокие фундаменты обычно используются там, где нагрузки, создаваемые конструкцией, невелики по сравнению с несущей способностью поверхностных грунтов. Глубокие фундаменты необходимы там, где несущая способность поверхностных грунтов недостаточна для того, чтобы выдерживать накладываемые нагрузки, и поэтому они переносятся на более глубокие слои с более высокой несущей способностью.
Использование свайного фундамента
Свайные фундаменты в основном используются для передачи нагрузок от пролетных строений через слабые, сжимаемые слои или воду на более прочный, более компактный, менее сжимаемый и более жесткий грунт или скальную породу на глубине, увеличивая эффективный размер фундамента и сопротивляясь горизонтальным нагрузкам. Они обычно используются для крупных сооружений и в ситуациях, когда грунт не подходит для предотвращения чрезмерной осадки.
Поскольку свайные фундаменты несут большую нагрузку, их необходимо проектировать очень тщательно. Хороший инженер изучит грунт, в который устанавливаются сваи, чтобы убедиться, что грунт не перегружен сверх своей несущей способности.
Каждая свая имеет зону влияния на почву вокруг нее. Необходимо позаботиться о размещении свай на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы нагрузки распределялись равномерно по всему слою грунта, который их несет, а не концентрировались в нескольких областях.
Ниже приведены ситуации, когда использование системы свайного фундамента может быть
- При высоком уровне грунтовых вод.
- Возникают большие и неравномерные нагрузки от пролетного строения.
- Другие типы фундаментов более дорогостоящие или неосуществимые.
- Когда грунт на небольшой глубине является сжимаемым.
- Когда есть возможность размыва, из-за его расположения вблизи русла реки или морского берега и т.д.
- При наличии канала или глубоких дренажных систем вблизи сооружения.
- Когда выемка грунта на желаемую глубину невозможна из-за плохого состояния грунта.
- Когда становится невозможным поддерживать траншеи фундамента сухими с помощью откачки или любых других мер из-за сильного притока воды.
Классификация свайных фундаментов
Назначение свайного фундамента заключается в передаче и распределении нагрузки через материал или пласт с недостаточной несущей способностью, способностью к скольжению или подъему к более прочному слою, который способен выдержать нагрузку без вредного смещения. Для применения с различными типами грунта и конструктивными требованиями доступен широкий выбор типов свай.Сваи могут быть классифицированы по их основной конструктивной функции (торцевые, фрикционные или комбинированные) или по способу их возведения (смещение (вбивное) или замена (буронабивное)).
Торцевые несущие сваи:
В торцевых несущих сваях нижний конец сваи опирается на слой особо прочного грунта или породы. Нагрузка от здания передается через сваю на прочный слой. В некотором смысле эта свая действует как колонна. Ключевой принцип заключается в том, что нижний конец опирается на поверхность, которая является пересечением слабого и прочного слоев. Таким образом, нагрузка проходит мимо слабого слоя и безопасно передается на прочный слой.
Фрикционные сваи:
Фрикционные сваи работают по другому принципу. Свая передает нагрузку от здания на грунт по всей высоте сваи за счет трения. Другими словами, вся поверхность сваи, которая имеет цилиндрическую форму, работает на передачу усилий на почву.
Чтобы наглядно представить, как это работает, представьте, что вы опускаете прочный металлический стержень диаметром, скажем, 4 мм, в банку с замороженным мороженым. После того, как вы его вставили, он становится достаточно прочным, чтобы выдержать некоторую нагрузку. Чем больше глубина заделки в пломбир, тем большую нагрузку он может выдержать. Это очень похоже на то, как работает фрикционная свая. В сваях трения величина нагрузки, которую может выдержать свая, прямо пропорциональна ее длине.
Свайные фундаменты — это глубокие фундаменты. Они образованы длинными, тонкими столбчатыми элементами, обычно изготовленными из стали или железобетона, или иногда из древесины. Фундамент называется «свайным», когда его глубина более чем в три раза превышает ширину.Свая — это, по сути, длинный цилиндр из прочного материала, который вдавливается в грунт для того, чтобы служить устойчивой опорой для построенных на нем конструкций.
Классификация свайных фундаментов в зависимости от воздействия грунта:
Забивные сваи:
Забивные сваи, также известные как сваи смещения, являются широко используемой формой фундамента зданий, которые обеспечивают опору для конструкций, перенося их нагрузку на слои грунта или породы, обладающие достаточной несущей способностью и подходящими характеристиками осадки. Забивные сваи обычно используются для поддержки зданий, резервуаров, башен, стен и мостов и могут быть наиболее экономичным решением для глубокого заложения фундаментов. Они также могут быть использованы в таких областях применения, как насыпи, подпорные стены, переборки, анкерные конструкции и коффердамы..
Буронабивные сваи:
Буронабивные сваи, также известные как сменные сваи, являются широко используемой формой фундамента зданий, которые обеспечивают опору для конструкций, перенося их нагрузку на слои грунта или породы, обладающие достаточной несущей способностью и подходящими характеристиками осадки. Буронабивные сваи — это сваи, в которых при удалении грунта образуется отверстие для железобетонной сваи, которая заливается на месте. Грунт заменяется сваей, отсюда «сменные» сваи в отличие от свай замещения, где грунт вытесняется путем забивки или завинчивания сваи. Буронабивные сваи используются в основном в связных грунтах для формирования свай трения и при формировании свайных фундаментов вблизи существующих зданий. Они популярны в городских районах, поскольку там минимальна вибрация, ограничен запас хода, отсутствует риск опрокидывания и при необходимости можно изменять длину свай.
Винтовая свая:
Винтовые свайные фундаменты — это тип свайного фундамента со спиралью у носка сваи, позволяющей ввинчивать сваи в грунт. Процесс и концепция аналогичны ввинчиванию в дерево. Винтовая свая может иметь более одной спирали (также называемой винтовой), в зависимости от назначения и условий грунта. Как правило, указывается большее количество спиралей, если требуется большая нагрузка или встречается более мягкий грунт.
Классификация в зависимости от материала изготовления свай:
Деревянные сваи:
Деревянные сваи являются самыми старыми из всех используемых в настоящее время свай. Обычно это сборные сваи смещения, устанавливаемые методом забивки или, реже, вибрационным методом. Естественное схождение стволов свай позволяет нам получать относительно высокую несущую способность свай. При правильном применении они представляют собой высокоэкономичное, эффективное и безопасное фундаментное решение как для временных, так и для постоянных сооружений. Это может быть оправдано рядом исторических зданий, основанных на деревянных сваях, которые эксплуатируются уже тысячи лет. Деревянные сваи, применяемые для возведения несущих конструкций, пропитаны давлением
Стальные сваи:
Забивные стальные сваи устанавливаются с помощью ударных или вибромолотов на расчетную глубину или сопротивление. Для поддержки вашего проекта вы можете установить полный набор забивных свай — от трубчатых свай малого диаметра до стальных кессонов большого диаметра. Забивные сваи эффективно повышают геотехническую прочность за счет перемещения грунта вокруг ствола и уплотнения грунта на носке во время установки. Стальные трубы могут забиваться как с закрытым, так и с открытым концом. Энергия для забивки свай обеспечивается либо высокочастотным виброударным молотком, либо ударным молотком.
Бетонные сваи:
Бетонные сваи являются распространенными конструктивными элементами фундамента, используемыми для поддержки морских сооружений, таких как мосты, нефтяные вышки и плавучие аэропорты. Использование морских сооружений по-прежнему является довольно новым методом, и в этой области предстоит провести еще много исследований. Нагрузка на морское сооружение состоит из двух компонентов: вертикальных нагрузок на конструкцию и боковых волновых нагрузок. Взаимодействие этих двух компонентов нагрузки оказывает значительное влияние на то, как реагирует свая и как распределяются напряжения по свае. Кроме того, свая будет реагировать по-разному при небольшой конструктивной нагрузке, чем при большой конструктивной нагрузке.
Способ установки свай
Сваи устанавливаются с использованием ряда различных методов, каждый из которых выбирается в зависимости от необходимости. Различные факторы, влияющие на то, какой тип сваи вам понадобится, и способы установки вашей сваи могут включать:
- Глубина вашего котлована
- Материал, из которого изготовлены ваши сваи
- Угол, под которым забиваются ваши сваи
- Экологические проблемы, которые могут повлиять на местных жителей, флору или фауну
После того, как ваши потребности будут оценены, вам будет легче решить, какой из двух наиболее распространенных методов установки свай вы будете использовать в своем проекте: смещение или замену. Установка свай со смещением относится к методу забивания свай в грунт без предварительного удаления какого-либо грунта или другого материала. Установка сменных свай относится к методу первого выкапывания ямы, в которую затем маневрируют сваи.
Решения о типе приборов для испытаний на нагрузку на сваи должны быть неотъемлемой частью проекта. Проектировщик должен выбрать приборы, обладающие достаточной точностью для измерения требуемых данных. Стационарные измерительные приборы используются для сбора данных, относящихся к напряженному состоянию и поведению сваи в условиях эксплуатационной нагрузки. С помощью постоянно действующих контрольно-измерительных приборов можно получить полезные знания не только о поведении конкретного свайного фундамента, но и об анализе и проектных допущениях в целом.
Критерии и методы выбора наилучшего типа свайного фундамента
Структурная и геотехническая координация. Полностью скоординированные усилия геотехнических инженеров-строителей и геологов должны гарантировать, что результат анализа свайного фундамента должным образом интегрирован в общий проект фундамента. Эта координация распространяется на планы и спецификации, предпроектные совещания и само строительство.
Причины разрушения – Разрушения конструкций или фундамента могут быть классифицированы как фактическое обрушение или функциональный отказ. Функциональный отказ может быть вызван чрезмерным прогибом, недопустимыми перепадами температур, чрезмерной вибрацией и преждевременным износом из-за факторов окружающей среды. Для критически важных конструкций несоблюдение функциональных требований может быть таким же серьезным, как фактическое обрушение конструкции меньшего размера. Поэтому проектировщикам следует учитывать не только степень защиты от обрушения, но и влияние осадки и вибрации на функциональные характеристики.
Соображения безопасности- Коэффициенты безопасности представляют собой резервную способность фундамента или сооружения к разрушению при заданном наборе нагрузок и проектных условиях. Неопределенные проектные параметры и нагрузки требуют более высокого коэффициента безопасности, чем требуется, когда проектные параметры хорошо известны. Для большинства гидротехнических сооружений проектировщики должны иметь высокий уровень уверенности в параметрах грунта и свай, а также в результатах анализа. Поэтому неопределенность в анализе и проектных параметрах должна быть сведена к минимуму, а не требовать высокого коэффициента безопасности. Для менее значимых сооружений допустимо использовать более высокие коэффициенты безопасности, если экономично снижать неопределенность при анализе и проектировании путем проведения дополнительных исследований, испытаний и т.д.
Особенности структуры грунта — Функциональная значимость и экономические соображения конструкции будут определять тип и степень реализации программы исследования и испытаний фундамента, программы испытаний свай, анализа осадки и просачивания, а также аналитических моделей для сваи и конструкции. Для ответственных сооружений программа испытаний фундамента должна четко определять необходимые параметры для проектирования свайного фундамента, такие как типы и профили грунта, прочность грунта и т.д.