Набивные бетонные сваи с металлической обсадной трубой и без нее

Набивные сваи наиболее старого типа, формуемые непосредственно в толще грунта, изготовлялись путем заполнения бетоном скважины большого диаметра или колодцев. Такие буровые сваи все еще находят применение в Европе, где обсадные трубы погружают в грунт обычным порядком, используемым при бурении скважин, т. е. с помощью наконечников или промывки. Трубу заполняют на некоторую высоту бетоном и надевают на нее специальный колпак. После этого для уплотнения бетона в обсадной трубе и в то же время для ее подъема из грунта в трубу под давлением нагнетают воздух или воду. Этот метод несколько напоминает способ, применяемый при устройстве песчаных дренажных колодцев. Верхняя часть обсадных труб может иногда оказаться зажатой в толще набухающими плотными глинами. В этих случаях для подъема труб может потребоваться весьма высокое давление. В подобных условиях возникает опасность, что цементное молоко будет из бетона отжато в подстилающие слои песка, если они здесь имеются. Для того чтобы гарантировать хорошее качество работ по устройству описываемых свай, приходится преодолевать и другие подобные трудности практического характера.

В Соединенных Штатах этот тип свай применяется редко. Здесь больше распространен способ устройства набивных свай путем забивки в грунт обсадных труб с извлечением их после заполнения бетоном. При изготовлении некоторых свай этого вида, например свай типа «Симплекс», забивку обсадных труб производят с помощью обычных молотов, ударяя по верхнему торцу трубы, которая в данном случае является как бы полой сваей, снабженной понизу башмаком из металла или из бетона. После извлечения обсадной трубы из толщи грунта башмак оставляют в грунте. На рис. 15.9 показан несколько отличный метод изготовления свай системы «Франки», при котором баба для забивки обсадной трубы используется в последующем для трамбовки заложенного в нее бетона. При этом исключаются расходы на башмак. Оказалось, что погружение в грунт всей обсадной трубы может быть достигнуто благодаря арочному эффекту пробки из жесткого бетона и его трению вдоль внутренних стенок трубы при условии, что бабой-трамбовкой будут производиться только легкие удары. С этой целью ее поднимают после каждого удара лишь на незначительную высоту. Когда желаемый уровень погружения обсадной трубы будет достигнут, бабу-трамбовку весом 2 т поднимают на максимально возможную высоту и сбрасывают отсюда. Бетонная пробка при этом в той или иной степени из нижней части обсадной трубы выталкивается в грунт. После этого формование свай «Франки», «Симплекс» и других подобных им систем продолжается, в основном следуя этапам 3, 4 и 5 по рис. 15.9.

Практика показала, что при выполнении этих работ необходимо принимать следующие меры предосторожности.

Величина H не должна превышать более чем в 2 или в крайнем случае в 3 раза внутренний диаметр обсадной трубы, так как иначе возникнет серьезная опасность того, что удар трамбовки окажется недостаточным для выталкивания бетонной смеси из трубы, которую одновременно с каждым ударом несколько приподнимают с помощью тросов. Величина H контролируется на поверхности грунта оператором, отвечающим за работу, который постоянно наблюдает за относительным положением марок на тросах, подсоединенных к обсадной трубе и трамбовке. В то же время представляется опасным недостаточное количество бетона в обсадной трубе или подвергаемого трамбованию ниже ее конца, так как в этом случае может произойти перемешивание бетона с грунтом или даже расчленение сваи по ее длине за счет образования в бетонном теле прослоек грунта. Это говорит о том, что надлежащее качество свай такого типа в значительной степени зависит от тщательного и неусыпного контроля лица, отвечающего за работу. После завершения работ качество свай не поддается никакому контролю, за исключением испытания пробными нагрузками, которые из-за высокой стоимости могут проводиться только на весьма ограниченном числе свай. В силу этого изготовление бетонных свай такого типа далеко нельзя назвать простым.

Кроме того, такие сваи нельзя использовать при наличии в толще прослоев очень мягких песчанистых глин и илов, а также песчаных линз, несущих воду под большим напором, так как в последнем случае бетонная смесь, а за ней и грунт будут вдавливаться водой в трубу. Другими словами, при таких условиях этот метод попросту непригоден. В подобных условиях могут с успехом применяться сваи другого вида, в том числе вибросваи. Для изготовления свай этого вида обсадная труба снабжается башмаком и забивается до заданного уровня ударами молота по ее верхнему торцу, для чего используется молот специального типа, при котором обеспечивается возможность обратного действия. Затем труба заполняется на всю ее длину бетонной массой в достаточно жидкой консистенции. Далее обсадная труба подвергается ударам, направленным вверх. При этом она извлекается из толщи грунта и испытывает вибрацию. В жидкой бетонной массе возникает значительный напор. При всех этих условиях схватывание бетонной массы со стенками обсадной трубы предотвращается и обеспечивается ее непрерывность по всей высоте сваи, даже если последняя пересекает слои мягкой глины или водоносного песка со значительным напором. Сваи типа «Вибро» относятся, по существу, к сваям-стойкам. Они не обладают столь большой неровностью боковой поверхности, присущей сваям «Симплекс» или «Франки» и увеличивающей несущую способность последних за счет сопротивления трения по этой поверхности. Однако это не всегда является недостатком, а зачастую имеет очень малое значение. Вибросваи забивались на глубину до 65 футов.

Все три рассмотренных типа набивных свай — «Симплекс», «Франки» и «Вибро», а также другие, им подобные, обладают еще одним недостатком. Сваи, в особенности сваи-стойки, обычно используются в кустах для восприятия нагрузки от колонн с размещением их на расстоянии в несколько футов друг от друга. Копер может за день забить несколько свай последовательно одну за другой. Поэтому до того как производится забивка соседней сваи, бетон предшествующей сваи не имеет времени для твердения и иногда даже для схватывания. Перемещение копров —операция длительная и дорогостоящая. При этом оказывается практически нецелесообразным передвигать копер для работы на другом месте, пока происходит твердение бетона первой сваи куста, а затем возвращать его для изготовления второй сваи. В районах, где встречаются валуны, может случиться так, что первая свая куста минует валун. Обсадная же труба одной из соседних свай в период ее последующей забивки может ударить своим краем по валуну и сместить его в сторону ранее забитых свай с еще не затвердевшим бетоном, что может повредить их или даже разрушить. По этой причине строительные правила многих городов Соединенных Штатов запрещают использовать такие набивные бетонные сваи, если их бетон не защищен стальной обсадной трубой, навсегда оставляемой в грунте.

Следует указать, что указанный запрет распространяется лишь на бетонные, но не на песчаные сваи. Сваи типа «Франки» представляют весьма эффективное средство для уплотнения глубоко залегающих пластов рыхлого песка, и в особенности пылеватого песка.

Одним из наиболее известных типов американских набивных бетонных свай с постоянной защитной оболочкой является свая «Реймонд». На рис. 15.10 отображены три последовательных этапа изготовления стандартной конической сваи «Реймонд». С левой стороны показан первый этап, заключающийся в забивке в грунт наружной оболочки с помощью сердечника или свайного стержня. Оболочка изготовляется из листовой стали секциями длиной 4 и 8 футов. С помощью спиральной проволоки с шагом 3 дюйма оболочке придают надлежащую прочность и жесткость. Диаметр сваи в конце составляет 8 дюймов и увеличивается кверху с приращением 0,4 дюйма на каждый фут длины сваи. Сердечник используется для придания оболочке большей прочности и предотвращения ее коробления в период забивки. Он изготовляется разборным и состоит из трех частей, отвечающих полной длине сваи. После окончания забивки оболочки в грунт сердечник можно легко отделить от оболочки и извлечь на поверхность. В период же забивки три части сердечника расклиниваются посредством специального устройства и в это время плотно придавливаются к внутренней стенке оболочки. Второй этап изготовления свай этого типа после извлечения из оболочки ее сердечника отображен на рис. 15.10 в его центральной части. Чтобы получить уверенность в сохранности оболочки, на этом этапе производится осмотр ее внутренней поверхности. На последнем этапе оболочку заполняют бетоном.

Сваи «Реймонд» стандартного типа изготовляют длиной 15—37 футов. Для больших длин — до 100 футов — применяют более массивный гип свай «Реймонд» — так называемый ступенчато-конический. На рис. 15.11 показана свая «Реймонд» составного типа. Такие сваи дают некоторую экономию стали. Нижняя часть сваи изготовляется из дерева. Естественно, что эта часть сваи должна постоянно находиться ниже уровня воды. Верхняя часть является ступенчато-конической. Обе части забиваются в грунт одновременно.

В зависимости от характера местных грунтовых условий и действующих в данном районе строительных правил нагрузка на набивную бетонную сваю может назначаться от 30 до 60 г.