Устройство железобетонных свай - размеры, нагрузки, типы и виды
Железобетон по прочности и надежности во много раз превосходит прочие строительные материалы, поэтому незаменим при возведении фундамента многоэтажных домов, промышленных объектов. Существуют различные типы изделий, каждое из которых предназначено для определенных видов нагрузки. Выбор железобетонных свай при проектировании требует ответственного подхода и основан на точных расчетах.
Устройство бетонных свай
Свайный фундамент характеризуется стабильными показателями. Благодаря передаче нагрузки на глубинные, более устойчивые слои снижается зависимость от типа почвы. Устройство железобетонных свай помогает нивелировать дефекты слабых ползучих и пучинистых грунтов. Использование изделий на участках с достаточной плотностью также может быть целесообразно. Забивка свай вместо рытья котлована в значительной степени снижает трудовые и материальные затраты.
Размеры
Стандартная продукция выпускается в широком сортаменте по длине и параметрам сечения. Размер железобетонной сваи сплошного сечения может достигать 20 м. Составные изделия производятся длиной до 28 и 36 м. Квадратные поперечные сечения изготавливаются стороной от 0,3 до 0,4 м. Полые сваи, круглые в поперечнике, варьируются диаметром от 0,4 до 1,6 м.
Конструкция
Конструктивно железобетонная свая представляет собой вертикальное изделие цилиндрической или расширенной к основанию формы. В поперечном сечении монолитная разновидность может быть круглой, квадратной, прямоугольной, тавровой или двутавровой. Нижний конец снабжается наконечником или просто имеет заостренную форму.
Пустотелая опора выполняется круглой или квадратной в поперечнике с круглой полостью. Свая-оболочка и монолитная могут иметь цельную конструкцию или состоять из нескольких составных частей. Для соединения используются сварной, болтовой или стаканный стык.
Из чего состоит ЖБ свая
Конструкция изготавливается на базе тяжелого или мелкозернистого бетона и арматуры. Благодаря такой комбинации приобретается прочность к комбинированным нагрузкам. Недостаточное сопротивление бетона на разрыв и растяжение компенсируется продольным или продольно-поперечным расположением арматуры. В свою очередь бетон усиливает прочность изделия на изгиб, защищает металл от коррозии.
В производстве используют бетон класса по прочности на сжатие не ниже В15. Для размещения в скальном или обломочном грунте класс повышают до В25. Щебеночный наполнитель из естественного камня для сплошных конструкций должен соответствовать фракции не выше 40 мм, для полых и свай-оболочек — не выше 20 мм.
В качестве основы предварительно напрягаемой и ненапрягаемой арматурной сетки используют стержни и канаты периодического профиля. Для соединения, изготовления хомутов, перемычек применяют стержневую арматуру гладкого профиля и проволоку. Дополнительно укрепляются металлическими обоймами торцы свай и окончания. При установке они испытывают наибольшую нагрузку.
Требования и нормативы
Основные положения по проектированию и расчету свайного фундамента изложены в строительных правилах СП24.13330-2021.
ГОСТ 19804 редакции 2021 года, ГОСТ 19804.6-83 содержат требования к конструкции, материалам изготовления, размерам и форме железобетонных свай, контролю качества. Нормативы по изготовлению стальных конструкций регламентирует СП13.13330-2018, стандарты проведения качественного анализа других сырьевых материалов и конечной продукции — ГОСТ 5781, ГОСТ 8267, ГОСТ 10922 и другие.
Допустимые нагрузки
Практическое применение ж\б изделий определяется их несущей способностью. Показатель характеризует потенциальную нагрузку, которую сваи выдержат без остаточной деформации или повреждения. По материалам изделия несущую способность находят теоретическим методом. В последствии цифры корректируют с учетом особенностей грунта.
На практике достоверные сведения получают при полевых испытаниях. Для измерений используют прогибометр. Он определяет величину усадки, изгиба, деформаций. На вооружении инженеров три метода работы:
- Проведение пробных статистических нагрузок. Забитую сваю оставляют на 2 или 3 дня, после чего нагружают с помощью домкрата статической нагрузкой. Ступенчатое увеличение давления позволяет вычислить критическую величину.
- Использование динамических нагрузок. Сваю подготавливают аналогичным способом и подвергают ударной нагрузке. Степень усадки определяется после каждого удара молота.
- Зондирование. На свае закрепляют датчик и начинают погружать в почву при помощи динамической или статической нагрузки. Датчики показывают силу сопротивления боковой стенки и на подошве.
Ориентировочная нагрузка железобетонных свай, которую они способны выдержать без разрушения, в зависимости от размеров и прочности основания(для буронабивных)
| Сечение, см2 | 79 | 180 | 300 | 500 | 700 | 1200 | 2000 | ||
| Вид грунта | Уровень плотности | Сопротивление слоя | Несущая способность сваи, т | ||||||
| песок крупный | макс. | 4,5 | 0,39 | 0,68 | 1,37 | 2,07 | 3,16 | 5,58 | 8,65 |
| средний | 3,5 | 0,26 | 0,57 | 1,08 | 1,66 | 2,38 | 4,5 | 6,9 | |
| песок средний | макс. | 3,49 | 0,28 | 6,15 | 1,09 | 1,7 | 2,46 | 4,4 | 6,89 |
| средний | 2,49 | 0,17 | 0,4 | 0,68 | 1,2 | 1,79 | 3,1 | 4,88 | |
| песок мелкий маловлажный | макс. | 3 | 0,19 | 0,5 | 0,87 | 1,4 | 2,06 | 3,8 | 5,86 |
| средний | 2 | 0,16 | 0,38 | 0,59 | 0, 98 | 1,36 | 2,47 | 3,88 | |
| песок мелкий влажный | макс. | 3,5 | 0,28 | 0,6 | 0,99 | 1,67 | 2,47 | 4,4 | 6,81 |
| средний | 2,5 | 0,18 | 0,5 | 0,86 | 1,18 | 1,77 | 3,13 | 4,85 | |
| твердая глина | макс. | 6 | 0,46 | 1,3 | 1,87 | 2,9 | 4,17 | 7,48 | 11,6 |
| средний | 3 | 0,2 | 0,5 | 0,98 | 1,5 | 2,07 | 3,8 | 5,9 | |
| пластичная глина | макс. | 3 | 0,18 | 0,46 | 0,9 | 1,49 | 2,09 | 3,75 | 5,9 |
| средний | 1 | 0,07 | 0,16 | 0,28 | 0,46 | 0,66 | 1,28 | 2 | |
| крупнообломочный | макс. | 6 | 0,45 | 1,08 | 1,89 | 2,88 | 4,2 | 7,46 | 11,8 |
| средний | 5 | 0,4 | 1,55 | 2,48 | 3,5 | 6,26 | 3,8 | 9,79 | |
Точные измерения получают после испытаний грунта и контрольной забивки свай. Формулы для вычислений подбирают с учетом материала изделия, способа расположения (одиночно или кустом), а также гидрологических условий, пучинистости, высоты промерзания.
Типы железобетонных свай
Для строительных работ стандартами предусмотрены следующие типы железобетонных свай:
- С — изготавливается целиком или может состоять из составных блоков, поперечный профиль сплошной квадратный.
- СП — цельная, имеет квадратное сечения и полость.
- СК — может быть составной или цельной, сечение круглое, внутри полая.
- СО — представляет собой сваю-оболочку, цельно изготовленную или составную.
- СЦ — свая имеет квадратное сплошное сечение, поставляется цельной, усилена напрягаемой арматурой, без поперечного расположения.
Маркируют изделия буквенно-цифровыми символами, которые включают тип, длину (дециметры), параметр сечения (сантиметры), класс напрягаемой стали или вариант армирования.
Виды
Особенности опор можно разделить по группам:
- поперечный профиль — квадрат, прямоугольник, тавр, двутавр, круг, с полостью или без;
- способ армирования — продольно или продольно и поперек, с напрягаемой арматурой или без предварительного натяжения;
- форма продольного профиля — призма, цилиндр, трапеция, пирамида;
- конструктивные особенности — цельные, составные, с плоской подошвой, уширением или наконечником.
Виды железобетонных свай по способам установки:
- забивные — погружаются с помощью молота, вибропогружателя, вдавливающего устройства;
- набивные — устраиваются путем заполнения воронки арматурой и бетоном после обжатия породы;
- буровые — по разметке бурят скважину, устанавливают арматурную сетку и заливают бетоном.
По типу взаимодействия с грунтом различают сваи стойки и висячие. Первые опираются на скальные породы. Висячие сваи передают нагрузку концом и боковыми поверхностями на сжимаемые грунты.
Какой бетон применяется при изготовлении
Особые требования при производстве свай предъявляются к качеству бетонной смеси. Норматив регламентирует:
- классы по прочности сжатия и растяжения;
- марки по морозоустойчивости, водонепроницаемости;
- марки по самонапряжению и средней плотности.
Для железобетонных свай по стандарту подходит бетонный раствор прочностью по сжатию не ниже В15. Для полых и свай-оболочек необходимо взять классом В22,5 или выше. Железобетонным конструкциям с предварительным напряжением арматуры рекомендован раствор класса В20 и прочнее. Для установки в скальные породы требования повышаются до В25.
Факторы, которые учитывают при расчете необходимой длины и ширины ЖБ свай
Размеры и количество железобетонных свай вычисляют в 2 этапа. Сначала устанавливают общие нагрузки на фундамент. Учитывается постоянное нагружение от веса здания, оборудования, техники, снега и ветра, прочие временные нагрузки — от пребывания людей и т.д.
В районах с возможностью землетрясений, оползней, при строительстве на вечномерзлых грунтах применяют специальные своды строительных норм и правил. Для печи или камина устраивают отдельный фундамент, независимо от основного.
Затем определяют несущие возможности свай. Кроме характеристик материалов железобетона и размеров, в формулы для вычислений закладываются параметры почвенных слоев. Без учета характеристик участка невозможно спроектировать и построить надежное здание. Различная плотность и несущая способность грунтовой основы может привести к неравномерной усадке фундамента.
Глубина заложения зависит от глубины промерзания, высоты подвала, если таковой планируется, выбора опорного слоя. Необходимо добавить величину сечения для замоноличивания в ростверк и 0,5-1 м на погружение в опорный слой. Минимальную длину округляют до стандартного размера сваи с увеличением. Поперечное сечение выбирают по спецификации.
Особенности монтажа
Установка железобетонных свай проводится с помощью бурильного, сваезабивочного, вдавливающего, вибрационного оборудования. На ограниченных по площади участках монтаж провести сложно. Строительные правила определяют норматив по площади, на котором можно размещать технику.
Каждый вид установки имеет свои преимущества:
- Забивание при помощи пневматического или гидравлического молота позволяет завершить работы в минимальные сроки. Способ применяется для высоко нагруженных сооружений. Однако во время закладки фундамента возникает ощутимый шум, а удары негативно воздействуют на здания вокруг стройплощадки.
- Вдавливание применяют на тяжелых глинистых, влажных почвах. Гидростатический копер может развивать точечное давление до тысячи и более тонн. Реже способ используется на каменистых грунтах. Для ускорения может добавляться вибрация.
- Для вибрационного воздействия пригодны малосвязные грунты — песчаные, супеси, водонасыщенные с пониженной плотностью. Вибропогружатели воздействуют на сваю низко амплитудными колебаниями. Способ применяется для любого вида железобетонных свай, кроме составных. Создает мало шума.
- Подмыв — метод, при котором свая погружается с помощью напора воды. Рекомендуется для изделий большого диаметра и длины, для прохода несвязных грунтов — песков, супесей. На свае закрепляется труба, вода из которой вымывает грунт перед острием. Сопротивление снижается, а почва частично вымывается наверх, благодаря чему сопротивление на боковых стенках также уменьшается. Не применяют для висячих свай.
Наилучший способ выбирается специалистами, исходя из условий строительства, размеров площадки, наличия окружающей застройки.
Где заказать надежные железобетонные сваи
Строительство на свайном фундаменте должно обеспечивать прочное удержание строения. Наряду с проведением исследовательских и проектных работ немаловажное значение имеет качество железобетонных свай. Толмачевский завод ЖБИ производит продукцию в соответствии с государственными стандартами и строительными правилами.
Приглашаем к сотрудничеству и предлагаем широкий выбор железобетонных свай для строительства жилых зданий, производственных цехов, коммерческих комплексов. Ассортимент продукции завода позволит приобрести изделия необходимой прочности и надежности.
