Железобетонные сваи

Забивные железобетонные сваи с размером поперечного сечения до 80 см включительно и оболочки диаметром 1 м и более подразделяют:
1) по способу армирования — с ненапрягаемой или напрягаемой продольной арматурой и поперечным армированием; предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной, арматурой (из высокопрочной проволоки и арматурных канатов) и поперечным армированием или без него;
2) по форме поперечного сечения — квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечения, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения;
3) по форме продольного сечения — призматические, цилиндрические и с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные, ромбовидные);
4) по конструктивным особенностям — цельные и составные (из отдельных секций);
5) по конструкции нижнего конца — с заостренным или плоским нижним концом; с плоским или объемным уширением (булавовидные сваи); полые с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой.

Железобетонные сваи чаще всего имеют сплошное (обычно квадратное) поперечное сечение от 25X25 до 45X45 см и длину 5—25 м.

Достоинством этих, свай по сравнению с деревянными является их неподверженность гниению и разрушению древоточцами, благодаря чему их можно использовать и в пресной и в морской воде, располагая головы свай как выше, так и ниже уровня воды.

Рис. 8.5. Железобетонная свая сплошного сечения для мостов а — свая; б — деталь острия сваи: 1 — петли для захвата сваи; 2 — сетки в голове сваи; 3 — продольная арматура; 4 — спиральная арматура; 5 — осевой стержень.

Железобетонную сваю квадратного сечения (рис. 8,5 а) армируют четырьмя или восемью продольными стержнями диаметром от 12 до 32 мм. В качестве поперечной арматуры используют хомуты либо спираль из круглой стали диаметром 6 или 8 мм. Расстояние между хомутами или шаг спиральной арматуры принимают равным 5 см у концов сваи (на участках длиной 0,5—1 м) и 10—20 см в ее середине, так как в этой части сваи при забивке возникают меньшие напряжения, чем у концов. Голову сваи армируют сетками из стержней диаметром 6 мм с ячейками размером от 4X4 до 6X6 см; расстояние между сетками 5 см. Сетки служат для предотвращения разрушения бетона в процессе забивки свай.

Нижние концы стержней продольной арматуры отгибают к оси сваи (рис. 8.5, б), размещают вокруг короткого осевого стержня и приваривают к нему. Толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 2 см, а для свай, используемых в фундаментах мостов,—3 см.

Основным недостатком железобетонных свай сплошного сечения является их большая масса. Это требует применения при производстве работ тяжелого кранового оборудования, а также мощных молотов или вибропогружателей.

Из-за большой массы в сваях при их подъеме и транспортировке возникают значительные изгибающие моменты, которые могут оказаться большими, чем при работе их в сооружении. По этой причине сечение продольной арматуры часто определяют именно из условия прочности сваи при ее подъеме.

Для удобства захвата сваи при ее подъеме в бетон заделывают две петли (см. рис. 8.5, а), размещаемые на расстоянии 0,21 L (где L — длина сваи) от концов сваи. При таком расположении петель изгибающие моменты в свае во время ее подъема будут наименьшими.

Рис. 8.8. Наконечник полой цилиндрической сваи

В последние годы начали применять сваи сплошного сечения из предварительно напряженного железобетона. В качестве продольной арматуры в них используют высокопрочную сталь в виде проволоки, проволочных прядей или стержней периодического профиля. Применение высокопрочной стали позволяет снизить расход арматуры. Сваи из предварительно напряженного железобетона обладают большей трещиностойкостью, чем сваи из обычного железобетона. Это особенно важно, когда сваи расположены в агрессивной среде. Недостатками свай из предварительно напряженного железобетона являются сложность их изготовления и потребность в специальном оборудовании для натяжения арматуры. В связи с этим их, как правило, изготовляют в заводских условиях, в то время как производство свай из ненапряженного железобетона обычно организуют непосредственно на строительной площадке или на специализированном полигоне.

Железобетонные сваи сплошного сечения обычно изготовляют из бетона класса не ниже В25, а предварительно напряженные — не ниже В35. Г
Полые железобетонные» сваи имеют кольцевое поперечное сечение с наружным диаметром 40—80 см и толщиной стенки 8—10 см, а оболочки — с наружным диаметром 1—5 ми толщиной стенки 12—20 см. Изготовляют эти сваи и оболочки из бетона класса не ниже В35 как с обычной, так и предварительно напряженной арматурой. Сваи и оболочки необходимой длины собирают из отдельных секций длиной от 4 до 12 м каждая при их диаметре от 0,4 до 1,0 м и длиной 6 м при диаметре оболочки 3 м и более. Секции либо соединяют между собой заранее, либо наращивают по мере погружения в грунт.

Рис. 8.6. Железобетонная оболочка 1 – секции оболочки; 2 - спиральная арматура; 3 - нож; 4 - продольная арматура; 5 - коротыши из арматуры; 6 - фланцевый стык; 7 - монтажная гайка; 8 — диафрагма; 9 — упорное кольцо; 10 — обечайка; 11 — торцевые кольца

Каждую секцию оболочки (рис. 8.6) армируют продольными стержнями диаметром от 16 до 25 мм и спиральной арматурой из проволоки диаметром не менее 6 мм. В стенке оболочки толщиной до 16 см продольную арматуру располагают в один ряд, а при большей толщине — в два ряда. Шаг спиральной арматуры 10 см; на концевых участках длиной 1 м (каждой секции оболочки) шаг спирали уменьшают в два раза.

Секции свай или оболочек соединяют между собой на болтах фланцевым стыком (см. рис. 8.6) либо сваркой обечаек (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Сварной стык секций оболочки 1 — секции оболочки; 2 — упорное кольцо; 3 — накладка из арматуры; 4 — сварной шов; 5 продольная арматуры; 6 — спиральная арматура; 7 — обечайка; 8 — торцевые кольца; 9 — анкер из арматуры

В нижней секции оболочки устраивают нож, если ее предстоит погружать в грунт с открытым нижним концом. При погружении полых свай с закрытым нижним концом вместо ножа в нижней секции устраивают наконечник (рис. 8.8). Часто применяют съемные ножи и наконечники, изготовляемые отдельно, а затем присоединяемые к нижним секциям свай и оболочек на болтах или сварке. Стыки ножей и наконечников с секциями свай и оболочек имеют такую же конструкцию, как стыки смежных секций (см. рис. 8.6 и 8.7). Применение съемных ножей и наконечников позволяет сделать все секции свай и оболочек однотипными.

Стыки секций свай или оболочек для предохранения их от коррозии обматывают стальной спиралью и омоноличивают бетоном на быстротвердеющем цементе. Если стык после погружения оболочки будет находиться в грунте, то его заливают горячим битумом. В зонах повышенной агрессивности среды стыки рекомендуется покрывать торкрет-бетоном по предварительно установленной проволочной сетке.

Оболочку диаметром до 3 м после погружения обычно полностью заполняют бетонной смесью (рис. 8.9, а), что повышает устойчивость ее стенки и, увеличивая площадь опирания оболочки на грунт, приводит к повышению ее несущей способности по грунту. Если необходимо по расчету, в полость оболочки устанавливают дополнительно арматурный каркас.

Рис. 8.9. Заполненные бетоном полости оболочки а—полностью; б—на отдельных участках; в— с утолщением стенки

Когда по условиям прочности оболочки и устойчивости ее стенки не требуется полного заполнения ее бетоном (такие случаи возможны при толстостенных оболочках), бетонную смесь укладывают на отдельных участках (рис. 8.9, б): а) в нижней части оболочки — для повышения площади опирания на грунт; б) в верхней части оболочки — для жесткого закрепления ее в ростверке и предотвращения повреждения льдом. Оболочку диаметром более 3 м часто заполняют бетоном лишь вверху и внизу, а в остальной части ограничиваются утолщением ее стенки (рис. 8.9, в).