8.1.3. Сваи-колонны

Сваей-колонной является забивная свая с ненапрягаемой арматурой квадратного или полого круглого сечения, надземная часть которой служит колонной здания и сооружения. Свая-колонна отличается от соответствующей тестированной сваи наличием закладных деталей и повышенным в случае необходимости продольным армированием.

Рис. 8.2. Стыки составных свай

а — стаканный; б — коробчатый; в — сварной; г — болтовой; д — клеевой; е — клеевой с промежуточным элементом;
1 — верхнее звено сваи; 2 — каркас сваи; 3 — нижнее звено сваи; 4 — лист; 5 — труба; 6 — короб; 7 — болт; 8 — штырь; 9 — отверстие диаметром 28/32 мм; 10 — промежуточный элемент

Свая-колонна, работающая на косое внецентренное сжатие, должна армироваться восемью продольными стержнями.

Для легких сельскохозяйственных зданий ЦНИИЭПСельстроем разработаны сваи-колонны с консолями.

Сваи-колонны рекомендуется применять в песках средней плотности и глинистых грунтах тугопластичной и полутвердой консистенции, а также при прорезании рыхлых песчаных и мягкопластичных глинистых грунтов для бескрановых каркасных зданий с нагрузкой на колонну до 500 кН, опор сооружений с нагрузкой до 1000 кН, технологических трубопроводов с нагрузкой до 20 кН/м.

Рис. 8.3. Звенья составной сваи со стаканным стыком

а — верхнее звено; б — нижнее звено

8.1.4. Буронабивные сваи

Буронабивные сваи изготовляются в грунте. В пробуренную скважину устанавливается арматурный каркас и укладывается бетонная смесь. После достижения бетоном проектной прочности свая может воспринимать проектные нагрузки (осевые, вдавливающие, выдергивающие, горизонтальные).

В зависимости от грунтовых условий и имеющегося бурового оборудования, определяющих технологию изготовления, буронабивные сваи подразделяются на несколько типов: БСС, изготовляемых в устойчивых глинистых грунтах (сухих); БСВ_Г — в неустойчивых глинистых грунтах (водонасыщенных) с закреплением стенок скважин глинистым раствором; БСВ_О — в неустойчивых грунтах (водонасыщенных) с закреплением стенок скважин трубами, оставляемыми в грунте; БСИ — в неустойчивых грунтах (водонасыщенных) с закреплением стенок скважин извлекаемыми трубами; БСС_М — в устойчивых глинистых грунтах (сухих) для малонагруженных зданий и сооружений.

Типоразмеры буронабивных свай и наиболее распространенные марки бурового оборудования приведены в табл. 8.4. Вид и номенклатуру буронабивных свай принимают в зависимости от их экономической эффективности, грунтовых условий, вида и величины действующих нагрузок, а также способа производства работ.

ТАБЛИЦА 8.4. НОМЕНКЛАТУРА И ТИПОРАЗМЕРЫ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Тип сваи	Способ изготовления сваи	Диаметр сваи¹, мм	Класс бетона	Длина сваи, м	Оборудование
БСС	Вращательным бурением в устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважин	500/1200 500/1400 500/1600 600/1600	В15—В20	10—30	Станки СО-2
БСС		800/1800 1000 1200	В15—В20 В15 В15	10—30	Станки СО-1200
БСВ_Г	Вращательным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин глинистым раствором	600/1600	В15—В20	10—20	Станки УРБ-ЗАМ
БСВ_О	Вращательным и ударно-канатным бурениемв неустойчивых грунтах с закреплениемстенок скважин трубами,оставляемыми в грунте	600/1600 800/1800	В15—В20	10—30	Станки УРБ-ЗАМ, УКС
БСИ	То же, с извлечением инвентарных обсадных труб	880 980 1080 1180	В15	10—50	Установка СП-45 и станки зарубежных фирм
БСС_М	Вращательным бурением в сухих устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважины	400 500	В15	2—4	Ямобуры

¹ Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения.

Буронабивные сваи следует применять во всех случаях, когда имеются технико-экономические преимущества перед другими видами фундаментов.

В зависимости от грунтовых условий принимаются сваи:

– при необходимости прорезания грунтов мощностью более 20 м — БСС и БСВ_О длиной 20-30 м, БСИ длиной 20-50 м;
– при перепаде кровли несущего слоя грунта — все виды свай;
– при опирании свай на глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции, на скальные, полускальные и песчаные грунты и прорезании: слоя насыпи с твердыми включениями — БСВ_О, длиной до 30 м и БСИ длиной 20—50 м; слоя присадочных грунтов толщиной более 10 м — БСС длиной 12—30 м; стоя глинистых грунтов от мягкопластичной до текучей консистенции толщиной более 10 м — БСВ_Г длиной 15—20 м, БСВ_О длиной 15—30 м и БСИ длиной 20—50 м; слоя набухающих грунтов — БСС длиной 10—30 м и БСС_М — длиной 3—6 м с уширенной пятой.

В зависимости от действующих условий принимаются следующие сваи:

– БСС, БСВ_О, БСИ при действии на сваю больших (более 100 кН) горизонтальных нагрузок, в том числе сейсмических;
– БСС диаметрами 500 и 1200 мм, БСВ_О диаметрами 600 и 800 мм;
– БСИ диаметрами 880, 980, 1080 и 1180 мм при строительстве на оползневых склонах;
– БСИ длиной до 20 м для фундаментов оборудования;
– БСС_М для малонагруженных конструкций.

В зависимости от условий производства работ буронабивные сваи применяются:

– при отсутствии забивных свай и оборудования для их погружения;
– в стесненных условиях строительной площадки, на которой невозможна забивка свай;
– при производстве работ вблизи существующих зданий и сооружений, на которые недопустимы динамические воздействия, возникающие при забивке свай;
– при необходимости усиления фундаментов существующих зданий.

В зависимости от инженерно-геологических условий, особенностей проектируемого здания или сооружения и внешних нагрузок, передаваемых на фундаменты, буронабивные сваи армируются на полную длину, на часть длины или только в верхней части для связи с ростверком (табл. 8.5).

Арматурные каркасы для буронабивных свай изготовляются, как правило, звеньями длиной 6—12 м. Конструкция арматурного каркаса буронабивной сваи приведена на рис. 8.4. Стык звеньев арматурных каркасов осуществляется с помощью сварки продольных стержней нижнего каркаса с кольцом жесткости, расположенным в нижней части верхнего звена.

ТАБЛИЦА 8.5. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВИД АРМИРОВАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Вид армирования	Эскиз	Грунтовые условия	Особые условия площадки	Нагрузки на сваю
Вид армирования	Эскиз	Грунтовые условия	Особые условия площадки	выдергивающие	сжимающие	горизонтальные	сейсмические
На всю глубину		Слабые водонасыщенные грунты по всей глубине свай	Наличие по глубине сваи карстовых пустот или подземных выработок	Предопреде- ляющие армирование на всю длину	Напряжения в бетоне превышают величины, указанные в СНиП II-21-75 с учетом изменений СНиП II-17-77	При растягивающих напряжениях в бетоне σ_t ≥ 0,4 МПа	В районах с сейсмичностью более 6 баллов (кроме свай БСВ)
Верхней части сваи		То же, в верхней части свая на глубину h	Наличие в верхней части сваи карстовых пустот, подземных выработок, каналов, подземных помещений и т.д. на глубине h	Воспринимаемые армированной частью свай	Напряжения в бетоне не превышают величин, указанных в СНиП II-21-75 с учетом изменений СНиП II-17-77	То же, σ_t < 0,4 МПа	Отсутствуют
Без армирования		Связные грунты с показателем текучести I_L ≤ 0,4	Отсутствуют	Отсутствуют	То же	То же	То же

Примечания: 1. При наличии по длине сваи карстовых пустот или подземных выработок обсадные трубы оставляются в обязательном порядке.

2. На эскизах: 1 — выпуски арматуры; 2 — арматурные каркасы; 3 — отдельные арматурные стержни; d — диаметр арматуры.

Рис. 8.4. Арматурный каркас буронабивной сваи

1 — продольная арматура; 2 — кольцо жесткости; 3 — спираль; 4 — фиксатор защитного слоя

Предельная длина каркаса устанавливается с учетом принятой технологии изготовления и наличия соответствующего кранового и транспортного оборудования.

По имеющемуся опыту предельная длина арматурного каркаса для свай диаметром 500—600 мм составляет 14 м, диаметром 1000—1200 мм — 10 м. Рекомендуемое число продольной арматуры и ее диаметры приведены в табл. 8.6.

Для буронабивных свай применяют, как правило, литую бетонную смесь на мелком заполнителе из бетона класса В10, В15 (наиболее распространенная) и В20.

Геометрические характеристики и объемы буронабивных свай приведены в табл. 8.7, 8.8.

Литая бетонная смесь укладывается в скважину методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) при непрерывной подаче ее до полного заполнения скважины. В маловлажных устойчивых глинистых грунтах допускается свободный сброс бетонной смеси в скважину через приемный бункер с направляющим патрубком длиной примерно 2 м, если не происходит обрушения грунта со стенок скважины и зависания бетонной смеси на арматурном каркасе. Возможность применения свободного сброса должна проверяться в начальный период производства работ в присутствии авторов проекта.

При изготовлении свай типа БСИ необходимо, чтобы срок начала схватывания бетонной смеси был не менее 3 ч. Для сохранения требуемой пластичности и подвижности бетонной смеси следует использовать пластифицирующие и гидрофобные добавки.

ТАБЛИЦА 8.6. МАТЕРИАЛЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДОЛЬНОЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Тип свай	Диаметр свай, см	Класс бетона	Класс продольной арматуры	Диаметр арматуры, мм	Число продольных стержней, шт.
БСС_М	40	В10	A-I; A-II	12; 14	6
БСС БСС_М	50	В10 В15	А-I; А-III A-I; А-II	12; 14	6
БСС БСВ_Г БСВ_О	60	В10 В15 В20	А-II; А-III	14; 16; 18	6; 8; 10
БСС БСВ_О	80	В15 В20		16; 18; 20	8; 10
БСИ	88 98	В15		16; 18; 20	8; 10; 12 10; 12
БСС	100	В15 В20		16; 18; 20	10; 12; 14
БСИ	108 118	В15		16; 18; 20; 22 16; 18; 20; 22; 25	12; 14; 16
БСС	120	В15 В20		16; 18; 20; 22; 25	12; 14; 16

ТАБЛИЦА 8.7. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Тип сваи	Диаметр, мм		Площадь сечения, м²		Высота уширения, м	Объем уширения, м³
Тип сваи	ствола	уширения	ствола	уширения	Высота уширения, м	Объем уширения, м³
БСС	500	1200 1400 1600	0,196	1,130 1,540 2,015	0,67	0,439 0,565 0,708
БСС	600 800 1000 1200	1600 1800 – –	0,283 0,503 0,785 1,130	2,015 2,545 – –	0,82 1,09 – –	0,903 1,600 – –
БСВ_Г	600	1600	0,283	2,015	0,60	0,679
БСВ_О	600 800	1600 1800	0,283 0,503	2,015 2,545	0,60 0,80	0,679 1,196
БСИ	880 980 1080 1180	–	0,608 0,755 0,916 1,093	–	–	–
БСС_М	400 500	–	0,126 0,196	–	–	–

ТАБЛИЦА 8.8. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ОБЪЕМ БЕТОНА БУРОНАБИВНЫХ СВАИ

Тип сваи	Диаметр сваи¹, мм	Объем бетона, м³, при длине свай, м
Тип сваи	Диаметр сваи¹, мм	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
БСС	500	1,96	2,36	2,75	3,14	3,53	3,93	–	–	–	–	–
	600	2,83	3,39	3,96	4,52	5,09	5,55	–	–	–	–	–
	500/1200	2,39	2,79	3,17	3,57	3,96	4,35	4,74	5,14	5,59	5,92	6,91
	500/1400	2,51	2,91	3,30	3,69	4,08	4,48	4,87	5,26	5,66	6,05	8,44
	500/1600	2,66	3,05	3,44	3,83	4,23	4,62	5,01	5,41	5,80	6,19	6,58
	600/1600	3,67	4,24	4,80	5,37	5,93	6,50	7,07	7,63	8,20	8,77	9,33
	800/1800	5,37	7,39	8,38	9,39	10,39	11,39	12,40	13,40	14,41	15,41	16,41
	1000	7,85	9,42	10,99	12,56	14,13	15,70	17,24	18,84	20,41	21,38	23,55
	1200	11,30	13,56	15,82	18,08	20,34	22,60	24,86	27,12	29,30	31,64	33,90
БСВ_Г	600/1600	3,51	4,08	6,54	5,21	5,77	6,34	–	–	–	–	–
БСВ_О	600/1600	3,51	4,08	4,64	5,21	5,77	6,34	6,91	7,47	8,04	8,60	9,17
БСВ_О	800/1800	6,12	7,12	8,12	9,12	10,13	11,14	12,14	13,14	14,15	15,15	16,16
БСИ	880	–	–	–	–	–	12,16	13,37	14,59	15,80	17,00	18,20
	980						15,08	16,59	18,10	19,60	21,11	22,62
	1080						18,31	20,14	21,97	23,81	25,64	27,47
	1180						21,85	24,05	25,23	28,42	30,60	32,79