Глубокий фундамент — это тип фундамента , который передает нагрузки здания на землю дальше от поверхности, чем мелкий фундамент на подземный слой или диапазон глубин. Свая или свая — вертикальный конструктивный элемент глубокого фундамента, забиваемый или пробуренный глубоко в землю на строительной площадке .
Есть много причин, по которым инженер-геотехник рекомендовал бы глубокий фундамент вместо мелкого, например, для небоскреба . Некоторыми из распространенных причин являются очень большие расчетные нагрузки, плохая почва на небольшой глубине или ограничения участка, такие как границы участка . Существуют разные термины, используемые для описания различных типов глубоких фундаментов, включая сваю (аналог столба), опору (аналог колонны ) , пробуренные валы и кессоны . Сваи обычно забиваются в землю на месте ; другие глубокие фундаменты обычно закладываются с помощью земляных работ и бурения. Соглашения об именах могут различаться в зависимости от инженерных дисциплин и фирм. Глубокие фундаменты могут быть изготовлены из дерева , стали , железобетона или предварительно напряженного бетона .
Сборные сваи забиваются в землю с помощью сваебойного станка . Забивные сваи изготавливаются из дерева, железобетона или стали. Деревянные сваи изготавливаются из стволов высоких деревьев. Бетонные сваи доступны в квадратном, восьмиугольном и круглом сечениях (например, сваи Франки ). Они армированы арматурой и часто подвергаются предварительному напряжению . Стальные сваи представляют собой либо трубчатые сваи, либо какую-то балочную секцию (например, двутавровую сваю). Исторически сложилось так, что деревянные сваи использовали соединения для соединения нескольких сегментов встык, когда требуемая глубина забивки была слишком велика для одной сваи; сегодня соединение стальных свай является обычным явлением, хотя бетонные сваи можно соединить механическими и другими способами. Забивка свай, в отличие от бурения шахт, выгодна тем, что почва, вытесняемая при забивке свай, сжимает окружающую почву, вызывая большее трение о боковые стороны свай, тем самым увеличивая их несущую способность . Забивные сваи также считаются «проверенными» на несущую способность из-за способа их установки; таким образом, девиз Ассоциации подрядчиков по забивке свай — «Забивная свая… это проверенная свая!». [1]
Фундаменты, опирающиеся на забивные сваи, часто имеют группы свай, соединенных оголовком сваи (большим бетонным блоком, в который заделаны головки свай) для распределения нагрузок, превышающих возможности одной сваи. Головки свай и изолированные сваи обычно соединяются балками , чтобы связать элементы фундамента вместе; более легкие элементы конструкции опираются на балки грунта, а более тяжелые элементы опираются непосредственно на оголовок сваи. [ нужна цитата ]
В моносвайном фундаменте используется один структурный элемент фундамента, как правило, большого диаметра, который выдерживает все нагрузки (вес, ветер и т. д.) большой надземной конструкции.
В последние годы для экономичного строительства морских ветряных электростанций с фиксированным дном на мелководье и под водой использовалось большое количество моносвайных фундаментов [2] . [3] Например, ветряная электростанция Хорнс Рев в Северном море к западу от Дании использует 80 больших моносвай диаметром 4 метра, погруженных на глубину 25 метров в морское дно, [4] а ветряная электростанция Линн и Иннер Даусинг у побережья Англии была запущена 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 фундамента подводной моносваи ветряной турбины из песка включает в себя забивание большой полой стальной сваи диаметром около 4 м со стенками толщиной около 50 мм на глубину около 25 м в морское дно через слой более крупного камня толщиной 0,5 м и гравия, чтобы минимизировать эрозию вокруг сваи. К забивной свае крепится переходник (в комплекте с заранее установленными элементами, такими как устройство для причала лодки, катодная защита , кабельные каналы для подводных кабелей, фланец башни турбины и т. д.), а из нее удаляется песок и вода. центр сваи и заменен 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 , буровыми шахтами , буровыми опорами , забивными сваями (сваи CIDH) или забивными сваями. В земле пробуривается скважина , затем заливается бетон (и часто какой-то вид арматуры). в скважину для формирования сваи. Методы ротационного бурения позволяют забивать сваи большего диаметра, чем любой другой метод забивки, и позволяют строить сваи в особенно плотных или твердых слоях. Методы строительства зависят от геологии участка; в частности, будет ли бурение проводиться в «сухих» грунтовых условиях или через водонасыщенные пласты. Обсадная колонна часто используется, когда стенки скважины могут отслоиться до заливки бетона.
Для свай с концевым упором бурение продолжается до тех пор, пока скважина не достигнет достаточной глубины (врастания) в достаточно прочный слой. В зависимости от геологии участка это может быть слой породы , твердый слой или другие плотные и прочные слои. Как диаметр сваи, так и глубина сваи сильно зависят от состояния грунта, условий нагрузки и характера проекта. Глубина свай может существенно различаться в зависимости от проекта, если несущий слой неровный. Буронабивные сваи могут быть проверены различными методами для проверки целостности свай во время установки.
Заглубленные сваи имеют механически сформированные увеличенные основания диаметром до 6 м. [ нужна цитация ] Форма представляет собой перевернутый конус и может образовываться только в устойчивых почвах или камнях. Больший диаметр основания обеспечивает большую несущую способность, чем свая с прямым валом.
Эти сваи подходят для обширных почв, которые часто подвергаются сезонным колебаниям влажности, а также для рыхлых или мягких слоев. Они используются в нормальных грунтовых условиях, а также там, где экономически выгодна. [6] [ нужна полная цитата ]
Фундамент под буронабивные сваи применяют для следующих грунтов:
1. Сваи с расширенным расширением используются в черной хлопчатобумажной почве: этот тип почвы расширяется при контакте с водой и сжимается при удалении воды. Так что в конструкции, выполненной на такой глине, появляются трещины. Для устранения этого дефекта в основании используется недорасширенная свая.
2. Подрасширенные сваи применяются при низкой несущей способности Устаревший грунт (насыпной грунт)
3. Под расширенные сваи используются в песчаных почвах при высоком уровне грунтовых вод.
4. Подрасширяемые сваи применяются там, где в основании фундамента возникают подъемные силы.
Шнековая свая, часто известная как свая с непрерывным шнеком (CFA), формируется путем бурения земли с помощью шнека с полым стволом на необходимую глубину или степень сопротивления. Корпус не требуется. Затем цементная смесь закачивается по штоку шнека. Пока цементный раствор закачивается, шнек медленно выдвигается, перемещая грунт вверх по скребкам. Вал жидкого цементного раствора формируется до уровня земли. Можно установить армирование. Последние инновации в дополнение к строгому контролю качества позволяют при необходимости размещать арматурные каркасы на всю длину сваи. [ нужна цитата ]
Сваи Augercast вызывают минимальное беспокойство и часто используются на объектах, чувствительных к шуму и окружающей среде. Сваи из шнекового литья обычно не подходят для использования в загрязненных почвах из-за высоких затрат на утилизацию отходов. В подобных случаях вытесняющая свая (например, сваи Оливье ) может обеспечить экономическую эффективность шнековой сваи и минимальное воздействие на окружающую среду. В грунтах, содержащих препятствия, булыжники и валуны, буровые сваи менее подходят, так как может возникнуть отказ выше расчетной высоты кончика сваи. [ нужна цитата ]
Небольшие секционные шнековые свайные установки также можно использовать для свайных фундаментов. Они производят сваю того же типа, что и шнековые установки непрерывного действия, но с использованием меньшего и более легкого оборудования. Этот метод закладки свай быстрый, экономичный и подходит для большинства типов грунтов. [6] [7]
В фундаментах с буровыми опорами опоры могут быть соединены балками, на которых установлена конструкция, иногда с тяжелыми нагрузками на колонны, приходящимся непосредственно на опоры. В некоторых жилых домах опоры выступают над уровнем земли, а для поддержки конструкции используются деревянные балки, опирающиеся на опоры. В результате фундамента такого типа под зданием образуется пространство для обхода, в котором можно прокладывать проводку и воздуховоды во время строительства или реконструкции. [8]
При струйной закладке свай для установки свай используется вода под высоким давлением. [9] Вода под высоким давлением прорезает почву струей высокого давления и позволяет установить сваю. [10] Одно из преимуществ струйной закладки свай: струя воды смазывает сваю и смягчает грунт. [11] Этот метод используется в Норвегии. [12]
Микросваи представляют собой элементы небольшого диаметра, обычно менее 300 мм, которые сверлятся и затираются цементным раствором на месте. Обычно они получают свою мощность за счет поверхностного трения по бокам элемента, но могут также использоваться в качестве опоры в твердой породе. Микросваи обычно сильно армируются сталью, составляющей более 40% их поперечного сечения. Их можно использовать в качестве непосредственной опоры конструкции или в качестве элементов укрепления грунта. Из-за относительно высокой стоимости и типа оборудования, используемого для установки этих элементов, они часто используются 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 их используют для элементов фундамента нового строительства. Типичные области применения включают в себя строительство фундаментов , мостов , передающих башен и проектов по стабилизации склонов . [7] [13] [14] [15]
Использование треноги для установки свай является одним из наиболее традиционных способов формирования свай. Хотя удельные затраты, как правило, выше, чем у большинства других форм укладки свай, [ нужна ссылка ] у нее есть несколько преимуществ, которые обеспечили ее дальнейшее использование до сегодняшнего дня. Систему треноги легко и недорого доставить на стройплощадку, что делает ее идеальной для работ с небольшим количеством свай. [ нужны разъяснения ]
Шпунтовые сваи — это разновидность забивных свай, в которых используются тонкие взаимосвязанные стальные листы для создания непрерывного барьера в земле. Основное применение шпунтовых свай – возведение подпорных стен и перемычек для продолжения постоянных работ. Обычно для установки шпунтовых свай используются вибромолот, Т-образный кран и гусеничное бурение. [ нужна цитата ]
Солдатские сваи, также известные как королевские сваи или берлинские стены, состоят из стальных H-образных секций, расположенных на расстоянии примерно 2–3 м друг от друга, и перед раскопками их забивают или бурят. По мере проведения земляных работ за полками двутавровых свай укладывают горизонтальные деревянные настилы (утеплители).
Горизонтальное давление грунта концентрируется на солдатских сваях из-за их относительной жесткости по сравнению с утеплителем. Движение и проседание грунта сводятся к минимуму за счет установки утеплителя сразу после земляных работ, чтобы избежать потери грунта. [ нужна цитата ] Обшивка может быть построена из дерева, сборного железобетона, торкрет-бетона и стальных пластин в зависимости от расстояния между сваями и типа почвы.
Солдатские сваи наиболее подходят в условиях, когда хорошо построенные стены не приведут к проседанию, например, в случае чрезмерно уплотненной глины, почв выше уровня грунтовых вод, если они имеют некоторую связность, и свободно дренируемых почв, которые можно эффективно обезвоживать, например песков. [ нужна цитата ]
К неподходящим почвам относятся мягкие глины и слабые текучие почвы, допускающие большие перемещения, например, рыхлый песок. Также невозможно расширить стену за пределы дна котлована, и часто требуется обезвоживание. [ нужна цитата ]
Винтовые сваи , также называемые винтовыми опорами и винтовыми фундаментами , с середины 19 века используются в качестве фундаментов в маяках с винтовыми сваями . [ нужна цитация ] Винтовые сваи представляют собой оцинкованные железные трубы со спиральными ребрами, которые машинами закапываются в землю на необходимую глубину. Шнек распределяет нагрузку на почву и имеет соответствующий размер.
Всасывающие сваи используются под водой для закрепления плавучих платформ. Трубчатые сваи забиваются на морское дно (или чаще всего сбрасываются на несколько метров в мягкое морское дно), а затем насос выкачивает воду из верхней части трубчатой трубы, протягивая сваю дальше вниз.
Пропорции сваи (диаметр и высота) зависят от типа почвы. Песок трудно проникает, но он обеспечивает хорошую удерживающую способность, поэтому высота может составлять всего половину диаметра. В глину и грязь легко проникнуть, но они обладают плохой удерживающей способностью, поэтому высота может превышать диаметр в восемь раз. Открытая природа гравия означает, что вода будет течь через землю во время установки, вызывая «трубопроводный» поток (когда вода кипит через более слабые пути через почву). Поэтому вакуумные сваи нельзя использовать на гравийном морском дне. [ нужна цитата ]
В высоких широтах, где грунт постоянно промерзает , в качестве основного метода фундамента конструкции используются замерзшие сваи.
Прочность свай из замерзшего материала достигается за счет сцепления мерзлого грунта вокруг них с поверхностью сваи. [ нужна цитата ]
Свайные фундаменты с замерзанием особенно чувствительны в условиях, вызывающих таяние вечной мерзлоты. Если здание построено неправильно, земля под ним может расплавиться, что приведет к выходу из строя фундаментной системы. [ нужна цитата ]
Вибрированные каменные колонны — это метод улучшения грунта, при котором колонны из крупного заполнителя помещаются в почвы с плохим дренажем или несущей способностью для улучшения почвы. [ нужна цитата ]
Специально для морских сооружений строятся больничные сваи (также известные как виселичные сваи) для временной поддержки компонентов морских сооружений во время ремонтных работ. Например, при демонтаже речного понтона выступ будет прикреплен к больничной свае, чтобы поддерживать его. Это обычные сваи, обычно с цепочкой или крючком. [ нужна цитата ]
Свайные стены можно забить или просверлить. Они обеспечивают особые преимущества там, где этого требует доступное рабочее пространство, а рытье открытым способом невозможно. Оба метода являются технически эффективными и предлагают экономически эффективные временные или постоянные средства удержания бортов объемных выработок даже в водоносных слоях. При использовании в капитальных работах эти стены могут быть спроектированы так, чтобы выдерживать вертикальные нагрузки, а также боковую нагрузку от удерживающего грунта. Строительство обоих способов такое же, как и для фундамента на несущих сваях. Непрерывные стены возводятся с небольшими промежутками между соседними сваями. Расстояние между сваями можно варьировать, чтобы обеспечить подходящую жесткость на изгиб.
Стены из секущих свай строятся таким образом, чтобы между чередующимися «охватывающими» сваями оставалось пространство для последующего строительства «охватывающих» свай. [ необходимы разъяснения ] Строительство «охватывающих» свай включает в себя просверливание бетона в отверстии для «охватывающих» свай, чтобы закрепить между ними «охватывающие» сваи. В охватываемой свае устанавливаются стальные арматурные каркасы, хотя в некоторых случаях усиливаются и охватывающие сваи. [ нужна цитата ]
Стены из секущих свай могут быть жесткими/жесткими, твердыми/средними (жесткими) или жесткими/мягкими, в зависимости от проектных требований. Твердый относится к конструкционному бетону, а твердый или мягкий обычно представляет собой более слабую затирочную смесь, содержащую бентонит. [ нужна цитация ] Все типы стен могут быть построены как отдельно стоящие консоли или могут быть подперты, если позволяют пространство и конструкция основания. Если это разрешено соглашением сторон, в качестве опор можно использовать грунтовые анкеры .
Стена из шлама представляет собой барьер, построенный под землей из смеси бентонита и воды для предотвращения потока грунтовых вод. Траншея, которая обрушилась бы из-за гидравлического давления в окружающей почве, не обрушится, поскольку навозная жижа уравновешивает гидравлическое давление.
По сути, это варианты армирования на месте в виде свай (как упоминалось выше), блоков или более крупных объемов.
Цемент, известь/негашеная известь, летучая зола, шлам и/или другие вяжущие вещества (иногда называемые стабилизаторами) добавляются в почву для увеличения несущей способности. Результат не такой прочный, как бетон, но его следует рассматривать как улучшение несущей способности исходного грунта.
Этот метод чаще всего применяется на глинах или органических почвах , таких как торф . Смешивание можно осуществлять путем закачивания вяжущего в почву при одновременном перемешивании его с помощью устройства, обычно установленного на экскаваторе, или путем выкапывания масс, смешивания их отдельно со вяжущими и повторной загрузки их в желаемую зону. Этот метод также можно использовать на слабозагрязненных массах в качестве средства связывания загрязнений, вместо их выкапывания и транспортировки на свалку или переработку.
Как следует из названия, деревянные сваи изготавливаются из дерева .
Исторически древесина была обильным местным ресурсом во многих регионах. 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 нагрузок.
Основное соображение, касающееся деревянных свай, заключается в том, что они должны быть защищены от гниения выше уровня грунтовых вод . Древесина прослужит долгое время ниже уровня грунтовых вод. Для гниения древесины необходимы два элемента: вода и кислород. Ниже уровня грунтовых вод растворенный кислород отсутствует, хотя воды достаточно. Следовательно, древесина имеет тенденцию сохраняться в течение длительного времени ниже уровня грунтовых вод. В 1648 году Королевский дворец Амстердама был построен на 13 659 деревянных сваях, которые сохранились до сих пор, поскольку находились ниже уровня грунтовых вод. Древесина, которая будет использоваться выше уровня грунтовых вод, может быть защищена от гниения и насекомых с помощью многочисленных форм консервации древесины с использованием обработки давлением ( четвертичная щелочная медь (ACQ), хромированный арсенат меди (CCA), креозот и т. д.).
Сращивание деревянных свай по-прежнему довольно распространено и является самым простым для сращивания из всех свайных материалов. Обычный метод сращивания — сначала забивать ведущую сваю, вбивая стальную трубку (обычно длиной 60–100 см с внутренним диаметром не менее минимального диаметра основания) на половину ее длины в конец ведущей сваи. Затем следящая свая просто вставляется в другой конец трубы, и забивка продолжается. Стальная трубка предназначена просто для того, чтобы обе части следовали друг за другом во время движения. Если требуется подъемная способность, стык может включать в себя болты, винты, шипы и т.п., чтобы придать ему необходимую грузоподъемность.
Для свай можно использовать чугун. Они могут быть пластичными . [ нужна цитата ]
Трубчатые сваи представляют собой тип стального забивного свайного фундамента и являются хорошим кандидатом для наклонных ( забитых ) свай.
Трубчатые сваи могут забиваться как с открытым, так и с закрытым концом. При открытом конце почва может попасть в нижнюю часть трубы или трубки. Если требуется пустая труба, можно использовать струю воды или шнек для удаления почвы внутри после проезда. Сваи из труб с закрытым концом строятся путем покрытия нижней части сваи стальной пластиной или башмаком из литой стали.
В некоторых случаях трубчатые сваи заполняются бетоном для обеспечения дополнительной несущей способности или устойчивости к коррозии. В Соединенном Королевстве этого обычно не делают в целях снижения стоимости. [ нужна цитация ] В этих случаях защита от коррозии обеспечивается за счет уменьшения толщины стали или за счет использования более высокой марки стали. Если трубчатая свая, заполненная бетоном, подвергнется коррозии, большая часть несущей способности сваи сохранится за счет бетона, тогда как в пустой трубчатой свае она будет потеряна. Конструктивная несущая способность трубчатых свай в первую очередь рассчитывается на основе прочности стали и прочности бетона (если он заполнен). Допуск на коррозию делается в зависимости от условий площадки и местных строительных норм и правил. Сваи из стальных труб могут представлять собой либо новую сталь, изготовленную специально для сваебойной промышленности, либо трубчатую обсадную трубу из вторичной стали, ранее использовавшуюся для других целей, таких как разведка нефти и газа.
H-образные сваи представляют собой конструкционные балки, которые забиваются в землю для установки глубокого фундамента. Их можно легко отрезать или соединить с помощью сварки или механических сварочных аппаратов. Если свая забивается в грунт с низким значением pH , то существует риск коррозии, для замедления или устранения процесса коррозии можно применить каменноугольную эпоксидную или катодную защиту. Обычно в конструкции допускают некоторую коррозию, просто завышая площадь поперечного сечения стальной сваи. Таким способом процесс коррозии можно продлить до 50 лет. [ нужна цитата ]
Бетонные сваи обычно изготавливаются со стальной арматурой и предварительно напряженными арматурными стержнями, чтобы получить необходимую прочность на разрыв, выдержать манипуляции и вождение, а также обеспечить достаточное сопротивление изгибу.
Длинные штабели могут быть трудными в обращении и транспортировке. Свайные соединения можно использовать для соединения двух или более коротких свай в одну длинную сваю. Свайные соединения могут использоваться как со сборными, так и с предварительно напряженными железобетонными сваями.
«Композитная свая» — это свая, состоящая из стальных и бетонных элементов, которые скреплены друг с другом встык, образуя единую сваю. Это комбинация различных материалов или материалов разной формы, таких как трубы и двутавровые балки или сталь и бетон.
Строительная техника, используемая для забивания свай в землю: [16]
Строительная техника, используемая для возведения замещающих свай: [16]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )