Свайный фундамент используют в тех случаях, когда верхний слой грунта не в состоянии выдержать большую тяжесть, либо при высоком уровне грунтовых вод и на плывунах. Конструкция свайного фундамента является наиболее подходящей для крупногабаритного строительства. В частном строительстве такие фундаменты используют довольно редко.

Свайные фундаменты[7]. Основными элементами свайных фундаментов являются собственно сваи, оголовки и ростверки (рис. 4-5). Сваи представляют собой железобетонные, бетонные и реже деревянные или металлические стержни, погруженные в грунт ударным или вибрационным способом, ввинчиванием, или бетонируемые на месте, в заранее пробуренных скважинах.

Свайные фундаменты в плане могут состоять из (см. рис. 4, д ) одиночных свай — под опоры; лент свай — под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов; кустов свай — под тяжело нагруженные опоры; сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками.

Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3d (где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи). Расстояние в свету между сваями-оболочками должно быть не менее 1 м. Примеры конструктивного решения свайных, фундаментов разных типов показаны на. рис. 4, е, ж, и.

Рис.5 Типичные схемы свайных фундаментов:

а – с низким ростверком, б – с высоким ростверком, в – безростверковый, г – свая-колонна, д – комбинированный свайный фундамент;

1 – сваи, 2 – ростверк, 3 – наголовник, 4 – конструкция перекрытия, 5 – сборный железобетонный «стакан», 6 – монолитный бетон, 7 – колонна.

Сваи в фундаментах под стены зданий обычно располагаются параллельными рядами (обычно в 1…4 ряда в зависимости от погонной нагрузки и несущей способности принятых свай). При восприятии сосредоточенных нагрузок от отдельных опор сваи располагаются «кустами» (чаще всего по 4…12 свай). Если несущая способность свай достаточно высока или сосредоточенная нагрузка мала, можно ограничиваться одной сваей под опору («односвайный фундамент»). В частности, при нагрузках на опору менее 300кН очень эффективными могут быть сваи-колонны, выполняющие одновременно функции фундамента и колонны (рис. 5 г).

Ростверки выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. Если ростверк опирается непосредственно на грунт, он называется низким (рис. 5а), если между ним и грунтом остается зазор – высоким (рис 5б). В ряде случаев могут быть наиболее эффективными безростверковые свайные фундаменты: на сваях монтируются железобетонные наголовники (на строго заданных отметках), и надземные конструкции опираются непосредственно на них (рис. 5 в).

Последние десятилетия разработано много новых конструкций свайных фундаментов, которые экономически более эффективны, чем традиционные типы, но чаще всего сложней их. В качестве примера на рис. 4д приведена конструкция «комбинированного свайного фундамента». Забивается железобетонный стакан (рис.5/5), через который затем погружаются наклонно две сваи (рис.5/1) (иногда одна). Полость стакана частично заполняется бетонной смесью (рис.5/6) , так что образуется днище для опирания колонны (рис.5/7). После установки колонны оставшаяся часть полости вокруг этой сваи замоноличивается окончательно. Таким образом, стакан (рис.5/5) выполняет функцию ростверка.

В настоящее время сваи изготовляются в основном из железобетона. В отдельных случаях могут использоваться другие материалы (дерево, сталь), но это бывает редко. В мировой практике известно около 500 видов свай, однако, широкое применение имеют лишь очень малая их часть. Существуют различные классификации свай, среди которых в первую очередь следует назвать разделение свай по месту их изготовления:

· сваи, изготовляемые на заводе, доставляемые в готовом виде на строительную площадку, и погружаемые в грунт забивкой, вибрированием или вдавливанием (такие сваи обычно называют «забивными» независимо от способа погружения)

· сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (с использованием специальных машин и монолитного бетона).

На рис. 6 приведены наиболее типичные конструкции свай.

Рис.6 Наиболее распространенные типы железобетонных свай:

а – предварительно изготовленные (забивные) сваи: 1– призматическая, 2 – свая-оболочка (полая круглая), 3 – пирамидальная;

б – сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке: 4 – буровая без уширений, 5 – буровая (или набивная) с уширениями

В зависимости от способа погружения в грунт различают забивные, набивные, сваи-оболочки, буроопускные и винтовые сваи.

В нашей стране наибольшее распространение получили предварительно изготовленные (забивные) сваи (рис. 6а), что в значительной мере связано с суровыми климатическими условиями нашей страны, а также с общей ориентацией строительной отрасли быв. СССР на сборный железобетон.

Представленные на рисунке 5 типы свай неравноценны по широте применимости. Превалируют призматические сваи (поз 1 рис. 6), доля которых превышает 90% общего объема свай, применяемых в строительстве. Согласно стандартам их сечения могут быть от 0,2?0,2м до 0,4?0,4м, длина – от 3м до 20м. Фактически подавляющее большинство применяемых призматических свай в строительстве имеет поперечное сечение 0,3?0,3м и длину 6…12м. При значительной глубине погружения сваи могут быть составными, т.е. стыковаться.

Нижний конец призматических свай может быть заостренным, но может и не иметь острия (см. узел «А» на рис. 6). В ряде регионов применяются только сваи без острия, которые по своим технологическим качествам не хуже свай с острием, а изготовление их проще.

Сваи-оболочки (поз. 2 рис. 6) применяются для восприятия повышенных нагрузок. При диаметре до 0,8м они погружаются забивкой, при больших диаметрах – вибрированием (вибропогружателями). Пирамидальные сваи (поз. 3 рис. 6) применяются редко (обычно при наличии прочного верхнего слоя).

Забивные[8] железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов. Эти сваи получили наибольшее распространение в массовом строительстве. Железобетонные забивные сваи и сваи-оболочки могут иметь обычную и предварительно напряженную арматуру и изготовляться цельные и составные, из отдельных секций. В поперечном сечении они могут быть квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой полостью и полые круглые: обычные сваи диаметром до 800 мм, а сваи-оболочки - свыше 800 мм. По продольному сечению сваи могут быть призматические и с наклонными боковыми гранями - пирамидальными, трапецеидальными и ромбовидными. Нижние концы свай могут быть заостренными или плоскими, с уширением или без него, а полые сваи - с закрытым или открытым концом и с камуфлетной пятой. В последнее время получили распространение новые конструкции свай с корневидным основанием. На рис. 4. г представлены различные виды забивных свай и свай-оболочек.