Конструкция сваи. Примеры и описание

Деревянные сваи имеют в СССР наибольшее распространение, особенно в мостостроении, и делаются из сосны, ели, кедра и лиственницы. Брёвна для свай применяются длиной от 4 до 15 м, диаметром от 22 до 36 см. Дерево для свай должно быть здоровым, без гнили, прямослойным, незакомелистым и прямым.

Наибольшая величина стрелки прогиба сваи должна быть не более 1/8 диаметра. Ствол сваи должен быть очищен от коры. Увеличение диаметра сваи на 1 пог.м (сбежистость) допускается не более 1,2 см. Верх сваи должен быть срезан нормально её оси и снабжается бугелем с целью предохранения головки сваи от размочаливания. Конец сваи заостряется при длине заострения, равной 1,25/1,50 диаметра. При наличии в грунте булыжника, камня, щепы, тонких твёрдых прослоек и т. п. остриё сваи защищается металлическим башмаком.

Составные сваи применяются в тех случаях, когда имеется необходимость забивать сваи большей длины, чем имеющиеся на строительстве брёвна. Элементы составных свай можно сращивать впритык с заёршенным штырём, входящим в заранее высверленное отверстие.

Стыкуемые элементы свай связываются четырьмя накладками на болтах или корабельных гвоздях. Хорошим стыком является трубчатый стык, стыкование в металлической обойме (фиг. 15). Стык вполдерева, как показали опыты, является слабым.

Фиг. 15. Наращивание сваи

Пакетные сваи составляются из нескольких брёвен, сплоченных по длине для увеличения поперечного сечения сваи и лучшего использования материала. Такие сваи изготавливаются большей частью из трёх или четырёх брёвен диаметром от 16 до 26 см. Стыки элементов отдельных свай, составляющих пакетную сваю, располагаются вразбежку с таким расчётом, чтобы расстояние между ними было не менее 1,50 м.

Концы стыкуемых брёвен опиливаются нормально к оси с пригонкой торцов. Пакетные сваи обычно сразу изготавливаются на полную длину. Нижний конец сваи стёсывается на трёхгранную или четырёхгранную пирамиду, а верхний—затёсывается на конце, на который иногда надевается бугель или накладывается предохранительный диск.

Усиленные сваи применяются при постройке краткосрочных свайных мостов и свайно-ледовых переправ с целью повышения темпа работ, а также для временных мостов на илистых грунтах. Усиление свай производится при помощи бобышек или бобышек с коротышами, а также созданием вблизи острия свай опорной подушки из двух лежней, упирающихся в коротыши (фиг. 16).

Фиг. 16. Усиленные сваи

Опыт показывает, что для свайных оснований низких ростверков целесообразно применение так называемого тонкомера, т. е. свай диаметром 16/20 см.

Для капитальных сооружений деревянные сваи допускаются при расположении их ниже самого низкого горизонта воды. Если сваи находятся на воздухе или в грунте с переменной влажностью, то они подвержены гниению и срок службы их обычно не превышает 10 лет.

В морской воде деревянные сваи разрушаются быстро при наличии вредителей (шашень, torredo navalis). Для защиты свай от гниения их пропитывают креозотом.

Для деревянных свайных опор мостов при глубине воды более 3 — 4 м устанавливаются подводные связи из схваток и металлических тяжей. При глубине воды от 5 до 7 м для ограждения свайных опор применяются сплошные свайные ряды с каменной засыпкой, ряжевые рубашки (при глубинах до 10 м), а также свайно-каркасные конструкции (при глубинах до 12 м).

Железобетонные забивные сваи применяются для устройства свайных оснований мостов и других сооружений, особенно для высоких ростверков, а также в тех случаях, когда нельзя забивать деревянные сваи. Железобетонные сваи делаются квадратного сечения, главным образом сечением от 20x20 до 45x45 см, длиной от 5 до 25 м.

При этом при размерах до 30x30 см свая армируется четырьмя стержнями, а при больших размерах восемью стержнями. Наименьший диаметр стержней—16 мм. Продольная арматура устанавливается в среднем от 1 до 3% сечения сваи.

Для спиральной обмотки применяется арматура диаметром 6—8 мм при шаге у головы сваи и на конце 5 см и по середине 20/25 см. Недостатками железобетонных свай квадратного сечения являются большой вес и сложность оборудования для их забивки.

За последнее время большое распространение получили трубчатые железобетонные сваи с основной вертикальной и спиральной арматурой.

Сваи изготовляются при помощи центрофугирования и погружаются в грунт при диаметре до 45 см с башмаками, а при d > 45 см — без башмаков с выборкой изнутри грунта. Наиболее распространёнными диаметрами таких свай являются 45,60, 75 и 100 см.

Трубчатые металлические сваи за последние годы получили широкое распространение, особенно при большой глубине их погружения и при устройстве высоких свайных ростверков. Нормальная длина трубчатых свай 10/12 м. С наращиванием при помощи стальных внутренних труб или накладок на сварке такие сваи применяются значительных длин.

Для обеспечения надлежащей долговечности металлических свай рекомендуется окружать их оболочкой из торкрета на 0,5 м выше и на 1,0 м ниже плоскости границы грунта—воздуха или воды—воздуха, покрывать металл защитной краской на 3 ж ниже уровня грунта, а также применять стали с содержанием 0,25% меди или примесью никеля.

Рациональной защитной краской для поверхности металлических свай и шпунтин являются гудрон и каменноугольная смола. Когда последние находятся в горячем состоянии, в них опускаются металлические трубы. В обычных неагрессивных водах считают, по данным наблюдений, что ржавление не превышает слоя 2—3 мм за 100 лет.

Трубчатые металлические сваи обычно погружаются в грунт с башмаками при d < 45 см и без башмаков при d > 45 см.

Часто стальные трубчатые сваи заполняют бетоном для увеличения их несущей способности, а также иногда при помощи взрывов устраивают в нижней части сваи- грушевидное уширение, заполняемое бетоном. Подробнее см. ТСЖ, т. 4, раздел «По стройка мостов».

Металлические прокатные сваи Н-образного профиля также получили широкое распространение. Такие сваи выдерживают значительную нагрузку. Наиболее употребительными размерами таких свай являются № 30 — 40 двутавровых широкополых профилей.

Набивные бетонные и железобетонные сваи требуют для своего изготовления в некоторых случаях более простого оборудования, чем железобетонные забивные. Для их изготовления в грунте предварительно делают скважину — углубление, в которую иногда опускают арматуру, а затем заполняют бетоном.

Изготовление скважин в грунте производится бурением с одновременным укреплением образованной скважины обсадными трубами (сваи Страусса, пневмосваи и др.) или забивкой в грунт специальной оболочки или обсадных труб. Набивные сваи применяются главным образом при усилении и переустройстве фундаментов или при сооружении новых зданий вблизи существующих.

Комбинированные сваи применяются при наличии агрессивных вод, а также в целях экономии. Нижняя часть таких свай представляет собой деревянную сваю, расположенную ниже горизонта грунтовых вод, а верхняя часть состоит из бетона или железобетона.

Завинчиваемые сваи. В последнее время разработаны и начинают находить производственное применение завинчиваемые сваи. Это полые металлические сваи, снабжённые в нижнем конце лопастью, способствующей завинчиванию сваи.

Диаметр завинчиваемых свай колеблется от 0,3 до 1,2 м. Наружный диаметр лопастей доходит до 2 м.

Преимуществами завинчиваемых свай по сравнению со сваями других типов является их меньшая стоимость, быстрота установки, возможность многократного использования при постройках временного характера.

Погружение завинчиваемых свай в грунт происходит без сотрясений. Величина допускаемой нагрузки на завинчиваемые сваи значительно больше, чем на сваи других типов, ввиду значительно большей опорной поверхности винта сваи.

Завинчивание свай осуществляется при помощи специального механизма, обеспечивающего создание крутящего момента, необходимого для погружения винтовых свай в грунт. Этот механизм устанавливается на голове сваи и состоит из следующих основных элементов:

а) металлической рамы механизма с установленными на ней двумя моторами;
б) двух червячных редукторов;
в) передаточных зубчатых колёс и цилиндрических шестерён.

Механизм для завинчивания свай монтируется на агрегате, обеспечивающем быструю установку механизма на голову сваи и перемещение его в пределах строительной площадки. В 1949 г. на одной из наших железных дорог было осуществлено устройство оснований опор железнодорожного моста на завинчиваемых сваях.