Глубокий фундамент — это тип фундамента , который переносит нагрузки здания на землю дальше от поверхности, чем неглубокий фундамент — на подповерхностный слой или диапазон глубин. Свая или свайный ряд — это вертикальный структурный элемент глубокого фундамента, забитый или пробуренный глубоко в землю на строительной площадке .
Существует множество причин, по которым инженер-геотехник рекомендовал бы глубокий фундамент вместо мелкого фундамента, например, для небоскреба . Некоторые из распространенных причин — очень большие проектные нагрузки, плохая почва на небольшой глубине или ограничения участка, такие как границы собственности . Существуют различные термины, используемые для описания различных типов глубоких фундаментов, включая сваю (аналог столба), пирс (аналог колонны ) , пробуренные шахты и кессоны . Сваи обычно забиваются в землю на месте ; другие глубокие фундаменты обычно устанавливаются с помощью выемки грунта и бурения. Соглашения об именах могут различаться в зависимости от инженерных дисциплин и фирм. Глубокие фундаменты могут быть сделаны из древесины , стали , железобетона или предварительно напряженного бетона .
Сборные сваи забиваются в землю с помощью копра . Забивные сваи изготавливаются из дерева, железобетона или стали. Деревянные сваи изготавливаются из стволов высоких деревьев. Бетонные сваи бывают квадратного, восьмиугольного и круглого сечения (например, сваи Франки ). Они армированы арматурой и часто предварительно напряжены . Стальные сваи представляют собой либо трубчатые сваи, либо своего рода балочные секции (например, двутавровые сваи). Исторически сложилось так, что деревянные сваи использовали соединения для соединения нескольких сегментов встык, когда требуемая глубина погружения была слишком большой для одной сваи; сегодня соединение является обычным для стальных свай, хотя бетонные сваи можно соединять механическими и другими способами. Забивные сваи, в отличие от буровых шахт, выгодны тем, что грунт, вытесняемый при забивании свай, сжимает окружающий грунт, вызывая большее трение о стороны свай, тем самым увеличивая их несущую способность . Забивные сваи также считаются «прошедшими испытания» на несущую способность из-за метода их установки; поэтому девиз Ассоциации подрядчиков по забивке свай — «Забивная свая... — это испытанная свая!». [1]
Фундаменты, опирающиеся на забивные сваи, часто имеют группы свай, соединенных свайным наголовником (большой бетонный блок, в который вмурованы головки свай) для распределения нагрузок, которые больше, чем может выдержать одна свая. Свайные наголовники и изолированные сваи обычно соединяются с балками фундамента , чтобы связать элементы фундамента вместе; более легкие структурные элементы опираются на балки фундамента, в то время как более тяжелые элементы опираются непосредственно на свайный наголовник. [ необходима цитата ]
Моносвайный фундамент представляет собой один, как правило, большого диаметра, элемент конструкции фундамента, воспринимающий все нагрузки (вес, ветер и т. д.) большой надземной конструкции.
Большое количество моносвайных фундаментов [2] было использовано в последние годы для экономичного строительства морских ветровых электростанций с фиксированным дном в мелководных подводных местах. [3] Например, ветровая электростанция Horns Rev в Северном море к западу от Дании использует 80 больших моносвай диаметром 4 метра, погруженных на глубину 25 метров в морское дно, [4] в то время как ветровая электростанция Lynn and Inner Dowsing у побережья Англии была введена в эксплуатацию в 2008 году с более чем 100 турбинами, каждая из которых установлена на моносвайном фундаменте диаметром 4,7 метра на глубине океана до 18 метров. [5]
Типичный процесс строительства подводного моносвайного фундамента ветряной турбины в песке включает в себя забивку большой полой стальной сваи диаметром около 4 м с толщиной стенок около 50 мм, на глубину около 25 м в морское дно, через слой более крупного камня и гравия толщиной 0,5 м для минимизации эрозии вокруг сваи. Переходная часть (в комплекте с предварительно установленными элементами, такими как устройство для причаливания лодки, катодная защита , кабельные каналы для подводных кабелей, фланец башни турбины и т. д.) крепится к забитой свае, а песок и вода удаляются из центра сваи и заменяются бетоном . Дополнительный слой еще более крупного камня диаметром до 0,5 м наносится на поверхность морского дна для более долгосрочной защиты от эрозии. [3]
Также называемые кессонами , пробуренными стволами , пробуренными опорами , залитыми в пробуренное отверстие сваями (CIDH-сваями) или залитыми на месте сваями, скважина бурится в земле, затем в скважину помещается бетон (и часто какая-то арматура) для формирования сваи. Методы вращательного бурения позволяют получать сваи большего диаметра, чем любой другой метод забивки свай, и позволяют возводить сваи через особенно плотные или твердые слои. Методы строительства зависят от геологии участка; в частности, будет ли бурение проводиться в «сухих» грунтовых условиях или через водонасыщенные слои. Обсадка часто используется, когда стенки скважины, вероятно, обвалятся до заливки бетона.
Для концевых опорных свай бурение продолжается до тех пор, пока скважина не достигнет достаточной глубины (углубления) в достаточно прочный слой. В зависимости от геологии участка это может быть слой скальной породы , или твердый пласт, или другие плотные, прочные слои. Как диаметр сваи, так и ее глубина сильно зависят от состояния грунта, условий нагрузки и характера проекта. Глубина сваи может существенно различаться в рамках проекта, если опорный слой неровный. Пробуренные сваи можно испытывать с использованием различных методов для проверки целостности сваи во время установки.
Недоразвитые сваи имеют механически сформированные увеличенные основания, которые достигают 6 м в диаметре. [ необходима цитата ] Форма представляет собой перевернутый конус и может быть сформирована только в устойчивых грунтах или скальных породах. Больший диаметр основания обеспечивает большую несущую способность, чем свая с прямым стволом.
Эти сваи подходят для экспансивных почв, которые часто подвергаются сезонным колебаниям влажности, или для рыхлых или мягких слоев. Они используются в обычных условиях грунта, а также там, где экономика благоприятна. [6] [ полная цитата необходима ]
Фундаменты с буронабивными сваями применяются для следующих грунтов:
1. Сваи с расширенной кромкой используются в черноземе: Этот тип почвы расширяется при контакте с водой и сжимается при удалении воды. Поэтому в конструкции, выполненной на такой глине, появляются трещины. Сваи с расширенной кромкой используются в основании для устранения этого дефекта.
2. Недоразвитые сваи используются в грунтах с низкой несущей способностью. Устаревший грунт (насыпной грунт)
3. Буронабивные сваи применяются в песчаных грунтах при высоком уровне грунтовых вод.
4. Буронабивные сваи применяются там, где подъемные силы возникают у основания фундамента.
Буронабивная свая, часто известная как свая непрерывного шнекового бурения (CFA), формируется путем бурения в грунте полым шнековым буром непрерывного бурения до необходимой глубины или степени сопротивления. Обсадная труба не требуется. Затем цементная смесь закачивается вниз по стволу шнека. Пока закачивается цементный раствор, шнек медленно извлекается, транспортируя грунт вверх по лопастям. Формируется вал жидкого цементного раствора до уровня земли. Можно установить арматуру. Последние инновации в дополнение к строгому контролю качества позволяют размещать арматурные каркасы на всю длину сваи, когда это необходимо. [ необходима цитата ]
Буронабивные сваи вызывают минимальное беспокойство и часто используются на чувствительных к шуму и экологически чувствительных участках. Буронабивные сваи обычно не подходят для использования на загрязненных почвах из-за высоких затрат на утилизацию отходов. В таких случаях свайное смещение (например, сваи Оливье ) может обеспечить экономическую эффективность буронабивной сваи и минимальное воздействие на окружающую среду. В грунте, содержащем препятствия или булыжники и валуны, буронабивные сваи менее подходят, поскольку может возникнуть отказ выше проектной высоты кончика сваи. [ необходима цитата ]
Малые секционные шнековые сваебойные установки также могут использоваться для свайных плитных фундаментов. Они производят тот же тип свай, что и установка Continuous Flight Auger, но с использованием меньшего и более легкого оборудования. Этот метод забивки свай быстрый, экономичный и подходит для большинства типов грунта. [6] [7]
В фундаментах с буровыми опорами опоры могут быть соединены с балками основания , на которых стоит конструкция, иногда с тяжелыми колонными нагрузками, приходящимися непосредственно на опоры. В некоторых жилых постройках опоры выступают над уровнем земли, а деревянные балки, опирающиеся на опоры, используются для поддержки конструкции. Такой тип фундамента приводит к образованию подпольного пространства под зданием, в котором можно прокладывать электропроводку и воздуховоды во время строительства или реконструкции. [8]
При струйной установке свай для установки свай используется вода под высоким давлением. [9] Вода под высоким давлением прорезает почву струей под высоким давлением и позволяет установить сваю. [10] Одно из преимуществ струйной установки свай: струя воды смазывает сваю и размягчает грунт. [11] Этот метод используется в Норвегии. [12]
Микросваи — это элементы небольшого диаметра, обычно менее 300 мм, которые бурятся и заливаются на месте. Обычно они получают свою мощность от поверхностного трения по сторонам элемента, но могут также быть концевыми опорами в твердой породе. Микросваи обычно сильно армированы сталью, составляющей более 40% их поперечного сечения. Их можно использовать в качестве прямой структурной опоры или в качестве элементов армирования грунта. Из-за их относительно высокой стоимости и типа оборудования, используемого для установки этих элементов, их часто используют там, где существуют ограничения доступа и/или очень сложные грунтовые условия (булыжники и валуны, строительный мусор, карст, экологическая чувствительность) или для модернизации существующих конструкций. Иногда, в сложных грунтах, они используются для новых элементов фундамента строительства. Типичные области применения включают проекты по укреплению фундамента , мостов , опор линий электропередач и стабилизации склонов . [7] [13] [14] [15]
Использование треножной установки для установки свай является одним из наиболее традиционных способов формирования свай. Хотя себестоимость единицы продукции обычно выше, чем при большинстве других форм забивки свай, [ требуется цитата ] она имеет несколько преимуществ, которые обеспечили ее постоянное использование вплоть до настоящего времени. Треножную систему легко и недорого доставить на место, что делает ее идеальной для работ с небольшим количеством свай. [ требуется разъяснение ]
Шпунтовое сооружение — это форма забивных свай, использующая тонкие взаимосвязанные стальные листы для получения непрерывного барьера в грунте. Основное применение шпунтовых свай — подпорные стенки и коффердамы, возводимые для обеспечения возможности продолжения постоянных работ. Обычно для установки шпунтовых свай используются вибромолот, Т-образный кран и гусеничное бурение. [ необходима цитата ]
Сваи-солдаты, также известные как сваи-короли или берлинские стены, изготавливаются из стальных H-образных секций, расположенных на расстоянии около 2–3 м друг от друга, и забиваются или бурятся перед выемкой грунта. По мере продолжения выемки грунта горизонтальная деревянная обшивка (обшивка) вставляется за фланцы H-образных свай.
Горизонтальное давление грунта сосредоточено на сваях-солдатах из-за их относительной жесткости по сравнению с затяжкой. Движение и просадка грунта сводятся к минимуму путем установки затяжки сразу после выемки грунта, чтобы избежать потери грунта. [ необходима цитата ] Затяжка может быть изготовлена из древесины, сборного бетона, торкрет-бетона и стальных пластин в зависимости от расстояния между сваями-солдатами и типа грунта.
Сваи-солдаты наиболее подходят в условиях, когда хорошо возведенные стены не приведут к просадке, например, в случае переуплотненных глин, почв, расположенных выше уровня грунтовых вод, если они обладают некоторой связностью, и свободно дренируемых почв, которые можно эффективно осушить, например, песков. [ необходима цитата ]
Неподходящие почвы включают мягкие глины и слабые текучие почвы, которые допускают большие перемещения, такие как рыхлые пески. Также невозможно расширить стену за пределы дна котлована, и часто требуется осушение. [ необходима цитата ]
Винтовые сваи , также называемые винтовыми опорами и винтовыми фундаментами , использовались в качестве фундаментов с середины 19 века в маяках с винтовыми сваями . [ требуется ссылка ] Винтовые сваи представляют собой оцинкованную железную трубу со спиральными ребрами, которые ввинчиваются в землю с помощью машин на необходимую глубину. Винт распределяет нагрузку на почву и имеет соответствующий размер.
Всасывающиеся сваи используются под водой для закрепления плавучих платформ. Трубчатые сваи вбиваются в морское дно (или, что более распространено, опускаются на несколько метров в мягкое морское дно), а затем насос откачивает воду из верхней части трубчатого элемента, тянущего сваю дальше вниз.
Пропорции сваи (диаметр к высоте) зависят от типа почвы. Песок труднопроницаем, но обеспечивает хорошую удерживающую способность, поэтому высота может быть всего лишь половиной диаметра. Глина и грязь легкопроницаемы, но обеспечивают плохую удерживающую способность, поэтому высота может быть в восемь раз больше диаметра. Открытая природа гравия означает, что вода будет протекать через землю во время установки, вызывая «трубный» поток (когда вода вскипает по более слабым путям через почву). Поэтому всасывающиеся сваи нельзя использовать на гравийном морском дне. [ требуется цитата ]
В высоких широтах, где грунт постоянно промерзает , в качестве основного метода строительства фундамента используются вмерзшие сваи.
Прочность замороженных свай обусловлена сцеплением замерзшего грунта вокруг них с поверхностью сваи. [ необходима ссылка ]
Свайные фундаменты Adfreeze особенно чувствительны в условиях, которые вызывают таяние вечной мерзлоты. Если здание построено неправильно, оно может расплавить землю под ним, что приведет к отказу системы фундамента. [ необходима цитата ]
Вибрированные каменные столбы представляют собой технологию улучшения грунта, при которой столбы из крупного заполнителя размещаются в почвах с плохим дренажем или несущей способностью для улучшения грунтов. [ необходима ссылка ]
Специфичные для морских сооружений больничные сваи (также известные как висельные сваи) строятся для обеспечения временной поддержки компонентов морских сооружений во время восстановительных работ. Например, при удалении речного понтона бровку прикрепляют к больничной свае для ее поддержки. Это обычные сваи, обычно с цепным или крюковым креплением. [ необходима цитата ]
Свайные стены могут быть забиты или пробурены. Они обеспечивают особые преимущества, когда требуется доступное рабочее пространство, а открытая выемка грунта невозможна. Оба метода предлагают технически эффективные и экономически выгодные временные или постоянные средства удержания сторон объемных выемок даже в водоносных слоях. При использовании в постоянных работах эти стены могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать вертикальные нагрузки в дополнение к боковой нагрузке от удерживающего грунта. Строительство обоих методов такое же, как и для фундаментных несущих свай. Смежные стены строятся с небольшими зазорами между соседними сваями. Расстояние между сваями может варьироваться для обеспечения подходящей жесткости на изгиб.
Стены секущих свай строятся таким образом, чтобы между чередующимися «женскими» сваями оставалось пространство для последующего строительства «мужских» свай. [ требуется разъяснение ] Строительство «мужских» свай подразумевает сверление бетона в отверстии для «женских» свай, чтобы закрепить «мужские» сваи между ними. Мужская свая — это та, где устанавливаются стальные арматурные каркасы, хотя в некоторых случаях женские сваи также армируются. [ требуется цитата ]
Стены из секущих свай могут быть либо действительно твердыми/твердыми, твердыми/промежуточными (твердыми), либо твердыми/мягкими, в зависимости от требований проекта. Твердые относятся к структурному бетону, а твердые или мягкие — это обычно более слабая смесь для затирки, содержащая бентонит. [ необходима цитата ] Все типы стен могут быть построены как свободно стоящие консоли или могут быть подперты, если это позволяют пространство и конструкция подконструкции. Если позволяют соглашения сторон по стенам, в качестве стяжек можно использовать грунтовые анкеры .
Стена из шлама — это барьер, возведенный под землей с использованием смеси бентонита и воды для предотвращения потока грунтовых вод. Траншея, которая могла бы обрушиться из-за гидравлического давления в окружающей почве, не обрушится, поскольку шлам уравновешивает гидравлическое давление.
По сути, это разновидности армирования на месте в виде свай (как упоминалось выше), блоков или более крупных объемов.
Цемент, известь/негашеная известь, летучая зола, шлам и/или другие связующие вещества (иногда называемые стабилизаторами) смешиваются с грунтом для увеличения несущей способности. Результат не такой прочный, как бетон, но его следует рассматривать как улучшение несущей способности исходного грунта.
Чаще всего эта технология применяется на глинистых или органических почвах, таких как торф . Смешивание может осуществляться путем закачивания связующего в почву с одновременным перемешиванием с помощью устройства, обычно устанавливаемого на экскаваторе, или путем выкапывания масс, смешивания их отдельно со связующими веществами и повторной засыпки в желаемой области. Эта технология также может использоваться на слабо загрязненных массах в качестве средства связывания загрязняющих веществ, в отличие от их выкапывания и транспортировки на свалку или переработки.
Как следует из названия, деревянные сваи изготавливаются из древесины .
Исторически древесина была обильным, локально доступным ресурсом во многих областях. Сегодня деревянные сваи по-прежнему более доступны, чем бетонные или стальные. По сравнению с другими типами свай (стальными или бетонными), и в зависимости от источника/типа древесины, деревянные сваи могут не подходить для более тяжелых грузов.
Главное соображение относительно деревянных свай заключается в том, что они должны быть защищены от гниения выше уровня грунтовых вод . Древесина будет служить долгое время ниже уровня грунтовых вод. Для гниения древесины необходимы два элемента: вода и кислород. Ниже уровня грунтовых вод растворенный кислород отсутствует, даже если там достаточно воды. Поэтому древесина имеет тенденцию служить долгое время ниже уровня грунтовых вод. В 1648 году Королевский дворец в Амстердаме был построен на 13 659 деревянных сваях, которые сохранились до сих пор, поскольку они находились ниже уровня грунтовых вод. Древесину, которая будет использоваться выше уровня грунтовых вод, можно защитить от гниения и насекомых с помощью многочисленных форм консервации древесины с использованием обработки под давлением ( щелочная медная четверка (ACQ), хромированный арсенат меди (CCA), креозот и т. д.).
Сращивание деревянных свай все еще довольно распространено и является самым простым из всех материалов для свайного строительства. Обычный метод сращивания заключается в том, что сначала забивается лидерная свая, а затем на половину ее длины вставляется стальная труба (обычно длиной 60–100 см, с внутренним диаметром не меньше минимального диаметра носка). Затем свая-подчиненный просто вставляется в другой конец трубы и забивка продолжается. Стальная труба просто обеспечивает, чтобы две части следовали друг за другом во время забивки. Если требуется подъемная способность, соединение может включать болты, шурупы, шипы или тому подобное, чтобы придать ему необходимую грузоподъемность.
Для свай можно использовать чугун. Они могут быть пластичными . [ требуется цитата ]
Трубчатые сваи представляют собой тип стального забивного свайного фундамента и являются хорошим вариантом для наклонных ( забивных ) свай.
Трубчатые сваи могут быть забиты как открытым, так и закрытым концом. При забивании открытого конца грунт может попасть в нижнюю часть трубы или трубки. Если требуется пустая труба, можно использовать струю воды или шнек для удаления грунта внутри после забивания. Трубчатые сваи с закрытым концом строятся путем покрытия нижней части сваи стальной пластиной или литым стальным башмаком.
В некоторых случаях трубчатые сваи заполняются бетоном для обеспечения дополнительной способности выдерживать момент или коррозионной стойкости. В Соединенном Королевстве это обычно не делается для снижения стоимости. [ требуется цитата ] В этих случаях защита от коррозии обеспечивается за счет учета жертвенной толщины стали или путем использования стали более высокого класса. Если заполненная бетоном трубчатая свая подверглась коррозии, большая часть несущей способности сваи останется нетронутой из-за бетона, в то время как в пустой трубчатой свае она будет потеряна. Конструктивная способность трубчатых свай в первую очередь рассчитывается на основе прочности стали и прочности бетона (если они заполнены). Допуск на коррозию делается в зависимости от условий на месте и местных строительных норм. Стальные трубчатые сваи могут быть либо новыми стальными, изготовленными специально для свайной промышленности, либо восстановленными стальными трубчатыми кожухами, ранее использовавшимися для других целей, таких как разведка нефти и газа.
H-образные сваи — это структурные балки, которые забиваются в землю для глубокого фундамента. Их можно легко отрезать или соединить сваркой или механическими забивными сращивателями. Если свая забивается в почву с низким значением pH , то существует риск коррозии, можно применить угольно-эпоксидную или катодную защиту, чтобы замедлить или устранить процесс коррозии. Обычно в проекте допускается определенное количество коррозии, просто завышая площадь поперечного сечения стальной сваи. Таким образом, процесс коррозии может быть продлен до 50 лет. [ необходима цитата ]
Бетонные сваи обычно изготавливаются с использованием стальной арматуры и предварительно напряженной арматуры для обеспечения необходимой прочности на растяжение, выдерживания погрузочно-разгрузочных работ и забивки, а также обеспечения достаточного сопротивления изгибу.
Длинные сваи могут быть сложными в обращении и транспортировке. Свайные соединения могут использоваться для соединения двух или более коротких свай в одну длинную сваю. Свайные соединения могут использоваться как со сборными, так и с предварительно напряженными бетонными сваями.
«Композитная свая» — это свая, сделанная из стальных и бетонных элементов, которые скреплены вместе, конец к концу, чтобы сформировать одну сваю. Это комбинация различных материалов или материалов различной формы, таких как труба и двутавровые балки или сталь и бетон.
Строительная техника, используемая для забивания свай в землю: [16]
Строительная техника, используемая для возведения сменных свай: [16]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )