Основы забивки свай, распространенные проблемы и решения

Забивка свай является важной частью строительного процесса. Вертикальные колонны из различных материалов (дерево, бетон, сталь или их комбинация) вбиваются в нераскопанный грунт. Сваи представляют собой тип глубокого фундамента, который используется для удержания больших конструкций, часто мостов. В этой статье мы обсудим основы забивки свай, распространенные проблемы и возможные решения.

Ранняя забивка свай

Раньше забивка свай производилась вручную. Энергия, необходимая для забивания сваи, создавалась за счет веса тарана, падающего через гравитационное поле. В двадцатом веке большая движущая сила была достигнута за счет использования пневматических или паровых машин для ускорения движения тарана вниз. Многие современные сваебойные молоты приводятся в действие дизельными или гидравлическими системами.

Использование свай

Мягкие почвы лучше всего подходят для забивки свай. Большая часть грузоподъемности создается за счет трения кожи. Чтобы выдерживать большие нагрузки, их группируют под фундаменты.

Кредит фотографии: Хунттан

Анатомия копра

На высоком уровне система забивки свай состоит из четырех основных частей: свинца, подушки молота, шлема и подушки сваи. Каждая часть играет роль в передаче энергии свае, что, в свою очередь, влияет на производительность молота. Подробнее читайте в нашем глоссарии.

Вести

Кожух сваи представляет собой несущую конструкцию, которая направляет сваю и молот. Они классифицируются по способу крепления к копру — подвесные, фиксированные или качающиеся. Поводки удерживают сваю и молот на одной линии.

Подушка для молота

Подушка для молотка, обычно изготовленная из искусственных материалов, помещается между ударной пластиной и шлемом.

Шлем

Шлем представляет собой временную стальную шапку, надеваемую поверх сваи и предназначенную для максимальной защиты головы во время вождения.

Ворсовая подушка

Ворсовая подушка обычно изготавливается из дерева. Его помещают между шлемом и ворсом.

Типы копров свай

Существует несколько типов копров, в том числе:

Вибрационный молот

Вибромолоты разрезают грунт, а не забивают сваи, используя технику вращения и систему противовеса. Они приводятся в действие гидравлическими двигателями. Кран или экскаватор поднимает молот. Гидравлические зажимы прикрепляют его к свае. Они забивают сваи быстрее и работают (сравнительно) тише.

Дизельный ударный молот

Этот отбойный молоток использует двухтактный дизельный двигатель. Баран поднимают, затем отпускают и позволяют ему свободно падать. Когда он попадает в кучу, энергия поднимает его обратно. Он будет продолжать работать до тех пор, пока не закончится топливо или пока он не будет остановлен вручную.

Пневматический/паровой молот двойного действия

Эти молотки увеличивают скорость удара за счет более короткого хода. Активное давление ускоряет плунжер во время хода вниз. Этот тип молота значительно увеличил скорость, с которой можно было забивать сваи.

Гидравлический ударный молот

Гидравлический молот включает в себя использование внешнего источника энергии для подъема молота в верхнюю часть его хода. В гидравлическом молоте одностороннего действия свободно падающий поршень развивает фактическую энергию, вводимую в сваю, – почти такой же рабочий ход, как у отбойного молота или пневматического / парового молота одностороннего действия.

Проект свайного фундамента

Конструкция свайного фундамента во многом зависит от грунта, в который забиваются сваи. Другие факторы включают материал свай, ожидаемую нагрузку и ожидаемый уровень использования.

Имейте в виду, что забивание свай меняет поведение почвы вокруг них. Кроме того, почва, особенно на большой территории, может сильно различаться. Определить правильный дизайн сложно. Процесс планирования должен включать всестороннее и тщательное тестирование почвы. Тестирование и оценка должны продолжаться во время строительства.

Проблемы с забивкой свай и их решения

Сложный аспект обращения с почвой представляет множество проблем, которые можно предвидеть. План снижения рисков проекта может учитывать вероятные проблемы, которые могут возникнуть. Решения могут быть включены в планирование на случай непредвиденных обстоятельств, что позволяет избежать перерасхода средств.

Проблемы со счетчиком ударов забивной сваи

Количество ударов рассчитывается заранее. Если количество ударов в поле отличается, скорее всего, есть проблема. Вот распространенные проблемы и решения, связанные с подсчетом ударов:

Увеличение количества ударов, необходимых для забивки сваи

Количество ударов, необходимое для забивания сваи на необходимую глубину, рассчитывается заранее. Он основан на почве и системе привода. Если для забивания сваи требуется намного больше ударов, чем планировалось, значит проблема в грунте и/или системе забивки.

Сначала убедитесь, что система забивки соответствует типу сваи. (Что-то, что должно быть сделано до начала работы.) Если они совпадают, убедитесь, что работа системы привода соответствует рекомендациям производителя оборудования. Проблемы с приводной системой могут быть связаны с низкой эффективностью молота или слишком мягкой подушкой. Почва может иметь большую прочность, более высокий коэффициент демпфирования или более сильные землетрясения почвы, чем предполагалось при первоначальном тестировании.

Резкое изменение числа ударов опорных свай

Когда количество ударов для группы свай резко меняется или уменьшается, используйте бурение для проверки состояния грунта. Если над скальной породой нет признаков выветривания профиля, вероятно, повреждена пятка сваи. Осмотрите внутреннюю часть сваи на наличие повреждений носка сваи. Если вы не можете провести внутреннюю проверку, вам необходимо оценить проблему с помощью динамических измерений. Или вам, возможно, придется извлечь кучу.

Чуть меньшее количество ударов

Есть две основные причины меньшего, чем ожидалось, количества ударов. Меньшее сопротивление грунта или лучшая производительность молота. Вам нужно будет провести повторное испытание в случае более низкого сопротивления грунта. Это требует установления коэффициента настройки и перехода на меньшую мощность. Оцените работу молотка и при необходимости внесите коррективы.

Значительно меньшее количество ударов

Если количество ударов намного ниже ожидаемого, проверьте отверстия в почве. Если нет признаков мягких слоев, свая может быть повреждена ниже уровня. Вы также должны оценить растягивающие напряжения вдоль сваи и сжимающие напряжения в носке. Другими причинами могут быть сросшийся ворс, препятствие или неравномерный контакт носка. Проверьте, нет ли повреждений пальцев ног.

Сваи забиваются глубже, чем предполагалось

Сваи, забиваемые в грунт намного глубже, чем предполагалось, могут быть связаны с более низким сопротивлением грунта, чем предполагалось. Или повышение производительности системы вождения. Испытание на повторный удар необходимо для определения изменений прочности грунта. Инженер-строитель определит, требуются ли изменения в системе забивки или глубине сваи.

Перемещение свай

Непредвиденное перемещение свай является еще одним признаком проблемы, которую необходимо решить до продолжения работ.

Боковое смещение в предыдущих забивных сваях

Если ранее установленные сваи сдвигаются вбок при забивке новых свай, вероятной причиной является смещение грунта. Однако причиной мог быть провал грунта на соседнем склоне. Решения включают изменение последовательности забивки свай или повторное забивание установленных свай. Вы также можете уменьшить движение грунта, предварительно забурив места для свай.

Сваи за пределами допуска выравнивания

Конструкция сваи учитывает определенный допуск на выравнивание. Частично это зависит от типа материала, из которого сделана свая. Если сваи выходят за пределы этого допуска, это, вероятно, связано с проблемами контроля выравнивания свай-молотов или состоянием грунта. Существует несколько способов регулировки контроля соосности молота и сваи. Например, можно использовать шаблон или свайный ворот. С помощью затвора свая направляет сваю в лидер. Возле поверхности также может быть препятствие. Удаление препятствия сместит почву и может выявить другие проблемы с почвой под ней. Инженер должен будет оценить почву и определить следующие шаги.

Свайные препятствия

Решение по устранению свайных препятствий зависит от глубины препятствия. Препятствие может выявить загрязненную почву.

Неглубокие свайные препятствия

Если вы обнаружите неглубокие препятствия в пределах трех футов от рабочего уровня, вы, вероятно, можете просто удалить их без значительного воздействия на окружающую почву.

Глубокие свайные препятствия

Раскопки часто не являются жизнеспособным решением, когда препятствия расположены за пределами трех футов или ниже уровня грунтовых вод. В этой ситуации можно использовать предварительное бурение мест расположения свай. Глубокие свайные препятствия могут потребовать от инженера разработки корректирующего проекта. Глубокие препятствия могут снизить расчетную несущую способность. В этом случае могут понадобиться дополнительные сваи.

Бетонные сваи

Бетонные сваи подвержены разного рода растрескиванию. Направление, расположение и серьезность трещин дают ключ к разгадке причины. Общие проблемы с бетонными сваями и их решения включают:

Частичные трещины — легкая забивка свай

Если легкая забивка сваи вызывает частичные горизонтальные трещины в бетонной свае, проверьте выравнивание сваи-молота. Другой возможной причиной является слишком высокое комбинированное натяжение и изгиб.

Полные горизонтальные трещины – легкая забивка свай

Если легкая забивка сваи приводит к образованию полных горизонтальных трещин в бетонной свае, расчетные напряжения растяжения могут быть ошибочными. Если напряжения растяжения слишком велики, добавьте амортизацию или уменьшите длину хода молотка. Если слишком низкое, это может быть связано с плохой работой молота.

Полные горизонтальные трещины в жестком вождении

Полные горизонтальные трещины при жесткой забивке требуют расчета растягивающих напряжений по длине сваи. Если они высокие, вам может понадобиться более тяжелый таран. Если слишком низко, землетрясения, вероятно, сильнее, чем ожидалось.

Читайте также:

21 современный загородный дом

Использование волоконно-оптических датчиков для мониторинга сваи позволяет измерять напряжения по всей длине сваи в процессе забивки. Это обеспечивает большую точность по сравнению со стандартным мониторингом. Обратите внимание, что трещины, обнаруженные на ранней стадии, можно заделать эпоксидной смолой. В противном случае они могут оказаться в куче кучи.

Выкрашивание вблизи головы сваи

При наличии выкрашивания (выкрашивания или выкрашивания) вблизи оголовка сваи необходимо определить напряжение оголовка сваи по количеству наблюдаемых ударов по сравнению с допустимыми напряжениями. Одной из причин повреждения у оголовка бетонной сваи является недостаточная амортизация сваи. Добавление ворсовой амортизации является решением для высоких нагрузок. Однако, если ваши расчеты указывают на низкий уровень стресса, есть несколько возможных причин. К ним относятся проблемы с производительностью молота и выравниванием, а также плохое качество сваи.

Фото предоставлено: Jacobs Demolition and Carting

Стальные и деревянные сваи

Есть несколько факторов, которые могут вызвать деформацию оголовка стальной сваи или расщепление или расщепление оголовка деревянной сваи. Это включает:

Неправильный размер или форма шлема
Недостаточная прочность стали
Неравномерная головка сваи
Неправильное бандажирование

Вы можете использовать металлический наконечник или ботинок, чтобы защитить деревянную кучу. Используйте их с обвязкой в верхней части стопки, чтобы предотвратить расщепление.

Если у вас все еще есть проблема, рассчитайте нагрузку на оголовок сваи. Уменьшите ход молотка для уменьшения количества ударов; увеличение для большого количества ударов. Однако вам может понадобиться выбрать другой молот — даже другой тип сваи.

Проблемы с молотком

Иногда причиной проблем является сваебойный молот. Одним из примеров является случай, когда рабочий ход дизель-молота составляет менее 90% расчетного хода. В этом случае причиной может быть трение плунжера. Если наблюдаемое количество ударов меньше рассчитанного, сопротивление грунта, вероятно, ниже, чем первоначально предполагалось. Если они похожи, используйте более низкое давление сгорания, чтобы выровнять ход молота.

Проблемы с данными волнового анализа

При использовании программного обеспечения для анализа волн для прогнозирования поведения сваи вы можете столкнуться с проблемами данных. Если конкретный молоток, который вы используете, не указан в списке при вводе данных волнового анализа, используйте молоток того же типа. Он должен иметь аналогичный энергетический рейтинг и вес барана. Вам нужно будет изменить его данные, чтобы они соответствовали приложению. В некоторых случаях нет молотка, соответствующего пределам нагрузки и сопротивления при движении. Возможно, расчетные напряжения и количество ударов слишком велики. Один из вариантов — увеличить прочность материала или внести изменения в конструкцию. Выполните испытание на повторное включение или статическую нагрузку, чтобы подтвердить работоспособность.

Заключение

Забивка свай звучит просто — забивайте столбы в землю. Но это сложный процесс, требующий тщательного тестирования и точного расчета. От этого зависит выбор правильного материала сваи и оборудования для почвы и грузоподъемности. Есть несколько проблем, которые могут возникнуть в этой области. Подготовка и планирование на случай непредвиденных обстоятельств являются ключом к поддержанию проекта по забивке свай в соответствии с планом и бюджетом.

Что такое ворсовая подушка?

Ворсовая подушка обычно изготавливается из дерева. Его помещают между шлемом и ворсом.

Что такое вибромолот?

РЕГИСТРАЦИЯ на нашу рассылку

В дополнение к двухмесячной подписке на журнал, получайте еженедельные электронные письма с нашими последними статьями.

Преимущества забивных свай

Забивная свая представляет собой относительно длинную тонкую колонну, предназначенную для обеспечения поддержки или сопротивления силам, изготовленную из предварительно сформованного материала, имеющего заранее определенную форму и размер, который можно физически проверить до и во время установки, который устанавливается ударным молотком, вибрацией или вдавливая в землю.

Качество

Забивные сваи — комплексное инженерное решение. Конструкция, установка и обеспечение качества, которые являются частью каждой забивной сваи, объединяются, чтобы исключить догадки и произвести известный, надежный и экономичный продукт, который может работать в широком диапазоне подземных условий.

Забивные сваи состоят из природных материалов или предварительно изготовленных структурных форм, построенных с точными допусками с использованием высокопрочных материалов и надежного контроля качества. Все забивные сваи соответствуют стандартам ASTM. Их качество неизменно от первой сваи до последней, и их можно увидеть и проверить перед установкой.

Забивные сваи сохраняют свою форму во время установки. Они не выпячиваются в условиях мягкого грунта и, как правило, не повреждаются при установке последующих свай. Многие полые сваи можно визуально осмотреть после установки, чтобы убедиться в их целостности. Большинство свай со сплошным сечением имеют однородное сечение и могут подвергаться динамическому контролю для проверки целостности.

Процесс забивки свай можно легко смоделировать до установки, чтобы определить адекватный и экономичный выбор оборудования. Статические или динамические испытания могут подтвердить несущую способность установленных свай. Динамические испытания могут легко подтвердить правильность работы молота и его влияние на сваю. Многие современные молоты имеют постоянно установленные устройства измерения скорости удара, что обеспечивает очень высокий уровень контроля качества.

Экономически эффективным

Забивные сваи обычно являются наиболее экономичным решением для глубокого фундамента. Вы платите только за то, что вам нужно. Нет никаких скрытых дополнительных затрат или дополнительных расходов на очистку сайта. Широкое разнообразие материалов и форм, доступных для забивных свай, может быть легко изготовлено или рассчитано на высокую прочность конструкции, что позволяет забивать их современными молотами при повышенных рабочих нагрузках, что требует меньшего количества свай на проект, что приводит к существенной экономии затрат на фундамент.

Грузоподъемность сваи легко проверить статическим или динамическим испытанием сваи. Мощность на сваю или длину сваи можно легко оптимизировать, чтобы обеспечить точно требуемую мощность (включая коэффициенты безопасности) и минимизировать затраты на фундамент. Испытания также устраняют неопределенность оценок несущей способности на основе статического анализа. Нет необходимости быть чрезмерно консервативным и, таким образом, расточительным, чтобы защититься от неудач.

В качестве дополнительного преимущества забивные сваи часто приобретают емкость после установки. Прочность грунта шахты обычно увеличивается со временем после завершения установки сваи, чтобы обеспечить дополнительную несущую способность. Это явление, называемое «настройкой», может привести к существенной экономии затрат на фундамент, если оно учтено при проектировании и подтверждено испытаниями. Включение установки в конструкцию фундамента приводит к меньшему количеству свай и / или более коротким сваям, забиваемым с помощью более легкого оборудования. Сокращение времени, труда и материалов обеспечивает существенную экономию средств для владельца.

Приспособляемость

Забивные сваи устанавливаются для восприятия сжимающих, растягивающих или боковых нагрузок. Сваи могут быть выбраны в соответствии с конкретными потребностями конструкции, условиями площадки и бюджетом. Вы можете выбрать из множества материалов и форм те, которые лучше всего соответствуют вашим потребностям.

Забивные сваи могут быть:

Композитные сваи, сочетающие типы свай (например, бетонная свая со стальным наконечником).

Забивные сваи легко адаптируются к меняющимся условиям площадки для достижения одинаковой минимальной мощности с высокой надежностью, что устраняет неопределенность, связанную с изменчивостью площадки. Забивные сваи обычно устанавливаются в соответствии с установленными критериями (например, минимальное количество ударов на единицу проникновения, иногда с минимальным проникновением). Поскольку для обеспечения желаемой минимальной грузоподъемности они обычно забиваются на количество ударов, длина свай может меняться, если грунтовые условия неоднородны. Забивные сваи могут быть либо обрезаны, чтобы сократить их длину, либо сращены, чтобы увеличить их длину. Конструкции сращивания обычно соответствуют прочности самой сваи или превышают ее. Свайные башмаки (или «острия») могут быть добавлены для облегчения требований к проникновению и обеспечения очень надежного контакта с горной породой. Для каждой сваи используется оптимальная длина, которая подходит для всех условий площадки.

Забивные сваи хорошо адаптируются к уникальным условиям и ограничениям площадки. Они идеально подходят для морских и других прибрежных применений. Нет необходимости в специальных кожухах и нет задержек, связанных с отверждением бетона. Сваи, забитые в воду, можно использовать сразу, что позволяет вести строительство своевременно. Для мостов или пирсов забивные сваи можно быстро встроить в изогнутую конструкцию, что позволяет использовать сам мост или пирс в качестве рабочей платформы для последующих свай при строительстве сверху вниз.

Чтобы свести к минимуму нарушение водно-болотных угодий или разрешить работу над водой, для строительства временных эстакад можно использовать забивные сваи. Сваи, установленные для удовлетворения любых временных потребностей в строительстве, могут быть извлечены, когда потребность в них будет прекращена.

В регионах, подверженных землетрясениям, забивные сваи большого диаметра хорошо подходят для сопротивления сейсмическим силам. Секции свай без смещения (например, двутавровые сваи) можно использовать для минимизации воздействия вибрации на близлежащие существующие конструкции. В агрессивных средах можно использовать покрытия и/или добавки для смягчения последствий коррозии, тем самым продлевая срок службы конструкции. Покрытия также можно использовать для смягчения последствий отрицательного трения кожи.

Надежный и доступный

Подрядчиков по забивке свай можно найти по всей стране. Оборудование и способы монтажа проверены временем и хорошо зарекомендовали себя. Достижения в области материалов, оборудования, методов и испытаний постоянно объединяются для повышения эффективности забивных свай.

Запись количества ударов в зависимости от глубины во время забивки свай легко документирует успешную установку сваи. Вы знаете, что у вас есть по завершении вождения. Поскольку забивные сваи обычно забиваются в соответствии с критерием количества ударов, они будут иметь измеримую грузоподъемность, обеспечивающую уверенность в том, что они соответствуют требованиям проекта. Сваи легко забиваются в верхние слои мягкого грунта независимо от типа грунта и состояния грунтовых вод.

Забивные сваи обладают значительно большей конструкционной прочностью. Забивные сваи практически никогда не выходят из строя во время статических испытаний или статической нагрузки. Они обладают высокой боковой устойчивостью и сопротивлением изгибу по всей длине, что делает их идеальными для сопротивления ветру, причаливанию и сейсмическим нагрузкам. Забивные сваи могут выдерживать умеренный эксцентриситет при приложении нагрузок надстройки из-за их прочности по всей длине. Сваи можно забивать как вертикально, так и под разными углами наклона для увеличения поддержки боковых нагрузок. В особых случаях сваи можно забивать даже горизонтально.

Остаточные преимущества

Забивка свай во многих грунтах относительно проста. Так как грунт у основания сваи находится в уплотненном состоянии для смещения сваи, концевой подшипник часто может нести значительную нагрузку. Отсутствуют грунтовые условия «мягкого дна», поэтому исключаются большие осадки концевых опорных свай.

Забивные сваи вытесняют и уплотняют грунт. Другие варианты глубокого фундамента могут потребовать удаления грунта и значительного проседания, что может подорвать опору соседних конструкций и вызвать чрезмерные деформации, что может привести к структурным проблемам.

Бурение монолитных свай снижает давление грунта и снижает сопротивление вала агрегата. В группах буронабивных свай вынос грунта обычно разрыхляет и ослабляет структуру грунта, снижая грузоподъемность ранее заложенных свай. Группы забивных производственных свай уплотняют грунт, повышая грузоподъемность ранее забитых свай. В группах забивные эксплуатационные сваи обычно имеют более высокую грузоподъемность, чем испытательная свая, в то время как забуриваемые эксплуатационные сваи часто имеют меньшую грузоподъемность, чем испытательная свая. Таким образом, забивные сваи обычно имеют более высокую грузоподъемность, чем другие типы свай того же диаметра и длины.

Забивные сваи не требуют времени для отверждения и могут забиваться в естественной последовательности, а не пропускать чередующиеся сваи, что сводит к минимуму перемещение оборудования и ускоряет монтаж.

Экологически чистые

Установки с забивными сваями обычно не производят грунта для удаления и, следовательно, не подвергаются воздействию или дорогостоящей утилизации потенциально опасных или загрязненных материалов. Участок остается чистым и готовым для следующих строительных работ.

Альтернативное использование

Чаще всего забивные сваи используются в глубоких фундаментах. Забивные сваи также могут использоваться в других целях, таких как насыпи, поддерживаемые сваями, барьеры звуковых стен, подпорные стены, переборки, швартовные конструкции, анкерные конструкции и коффердамы.