Конструктивные особенности свай-оболочек и область их применения

Введение

В связи с огромной территорией нашей страны существует постоянная необходимость преодолевать большие расстояния. Поэтому строительство пирсов и мостов на водонасыщенных грунтах через широкие русла рек, экстремальных климатических условиях требуют применения специальным методов строительства, обеспечивающих надежную работу сооружений в этих условиях. При инженерно-геологических изысканиях на северо-западной части России и в центральной части Западной Сибири специалисты часто сталкиваются с такими геологическими процессами как: подтопление, карст, эрозия, оползни, обвалы, лавины. Все из них негативно влияют на состояние строений и сооружений. Учитывая данные условия наиболее целесообразным, является устройство свайных фундаментов, а именно железобетонных свай-оболочек.

Основная часть

Сваи-оболочки являются одним из наиболее распространенных типов конструкций, используемых в строительстве. Их основное предназначение – создание прочной и устойчивой фундаментальной системы, способной выдерживать большие нагрузки. Конструктивные особенности свай-оболочек позволяют обеспечить необходимую прочность и долговечность сооружений, а также эффективно использовать ресурсы при строительстве.

Основным элементом свай-оболочек является свая – вертикальный конструктивный элемент, который забивается в грунт до необходимой глубины. Она может быть выполнена из различных материалов, таких как железобетон, металл. В зависимости от условий эксплуатации и требуемых характеристик сооружения выбирается оптимальный материал для сваи.

Применение свай-оболочек широко распространено в различных отраслях строительства. В первую очередь они используются при возведении высотных зданий и многоэтажных сооружений, так как обеспечивают необходимую несущую способность и устойчивость конструкции. Также свай-оболочки активно применяются при строительстве мостов, тоннелей и других объектов инфраструктуры.

Еще одной областью применения свай-оболочек является укрепление грунтовых оснований. При возведении зданий на слабых или подверженных оползням грунтах, свай-оболочки позволяют повысить их несущую способность и предотвратить деформации и разрушения сооружений в результате неравномерного оседания.

Кроме того, свай-оболочки используются для защиты от негативного воздействия воды. Например, при строительстве набережных или портовых сооружений, свай-оболочки создают преграду для проникновения воды из глубины и предотвращают подмывание грунта под фундаментом.

Преимуществом свай-оболочек является их способность преодолевать препятствия в грунте, такие как камни или песчаные слои. Благодаря своей конструкции сваи-оболочки могут проникать сквозь сложные грунтовые условия и достигать более устойчивых слоев, что обеспечивает надежность фундамента.

Согласно [1, 2] свая-оболочка – это полая конструкция с внешним диаметром сечения от 1000 мм до 3000 мм, которая изготавливается с применением ненапрягаемой арматуры. Толщина железобетонной оболочки не менее 12 см. Длина цельной конструкции составляет от 4 до 12 м, а составной – от 12 до 48 м в зависимости от количества секций. Концы стыкующихся секций изготовляют с элементами, предназначенными для выполнения болтового или сварного соединения. При изготовлении свай-оболочек используют железобетон с высокой прочностью на сжатие и водонепроницаемостью [3, с. 118–122].

Существует несколько основных типов свай-оболочек, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и область применения.

Первый тип – бетонные свай-оболочки. Они представляют собой железобетонные конструкции, состоящие из стержней и бетона, образующих жесткую оболочку вокруг сваи. Благодаря этому бетонные свай-оболочки обеспечивают высокую прочность и стабильность фундамента. Такие свай-оболочки широко используются при возведении многоэтажных зданий, мостов и других сооружений. Примером может служить буронабивная свая-оболочка.

Авторы [4] предложили буронабивную сваю-оболочку, содержащую сформированный в пробуренной скважине железобетонный ствол с кольцевым поперечным сечением и полостью в продольном сечении. Новым является то, что полость образована герметичной трубой, снабженной по торцам соединенными с ней крышками, верхняя из которых выпуклая, а нижняя плоская, причем труба расположена внутри арматурного каркаса, охватывающего ее поперечной арматурой, и выполнена из полиэтилена низкого давления.

Второй тип – стальные свай-оболочки. Они состоят из стальной трубы или профиля, которые устанавливаются на сваю и заполняются бетоном или специальным раствором для усиления конструкции. Стальные свай-оболочки отличаются высокой прочностью и гибкостью, что позволяет им адаптироваться к различным условиям грунта. Они часто используются при строительстве зданий на неустойчивых грунтах или при необходимости компенсировать динамические нагрузки. Примером может служить сейсмостойкая свая-оболочка.

Автор [5] представил сейсмостойкую сваю-оболочку, которая выполнена в виде многосекционной металлической конструкции, основным элементом которой является секция, один конец которой заканчивается раструбом с устроенными в его стенках соединительными элементами, а другой – окнами для размещения в них соединительных элементов после стыковки верхней секции с раструбом. При этом соединительные элементы раструба подгибаются в сторону центральной оси сваи-оболочки, а затем, обвариваются электросварочным швом.

Третий тип – композитные свай-оболочки. Они состоят из сочетания различных материалов, таких как стекловолокно, углеволокно и полимеры. Композитные свай-оболочки обладают высокой прочностью при небольшом весе и хорошей сопротивляемостью коррозии. Они широко применяются при строительстве на мягких грунтах или в условиях повышенной влажности, а также в слое сезонного промерзания-оттаивания грунта. Примером может служить свая с противопучинной оболочкой.

Авторы [6] предложили, использовать сваи с противопучинным покрытием наружной поверхности в срединной части сваи, выполненным в виде оболочки из полимерного модифицированного термоусадочного материала, и размещением между оболочкой и сваей адгезивного слоя. Утверждая, что это снизит касательные силы морозного пучения, воздействующих на сваю в период сезонного промерзания грунта, вызывающих возможность выталкивания сваи.

Сваи-оболочки обладают высокой степенью контроля качества и долговечности. Они изготавливаются заранее на специализированных заводах, что позволяет точно контролировать процесс производства и обеспечивает высокую степень надежности конструкции. Благодаря этому сваи-оболочки имеют длительный срок службы и не требуют регулярного обслуживания.

Наконец, стоит отметить, что сваи-оболочки имеют ряд материалоемких решений. Полезная модель устройства для изготовления буронабивной сваи-оболочки, представленной в [7], позволяет снизить материалоемкость. Благодаря тому, что в известном устройстве для изготовления буронабивной сваи-оболочки, содержащем рабочую штангу с размещенным снаружи буровым шнеком, рабочая штанга выполнена полой с открытым нижним торцом, снабженным жестко прикрепленным к внутренней поверхности кольцевым уширением, причем внутренний диаметр кольцевого уширения принимается равным диаметру полости буронабивной сваи-оболочки. Выполнение рабочей штанги полой с открытым нижним торцом позволяет при укладке бетонной смеси в скважину изготовить полую буронабивную сваю, т. е. буронабивную сваю-оболочку, что существенно уменьшает расход бетона, снижая материалоемкость буронабивной сваи.

Для погружения свай-оболочек применяют копры, в сочетании с дизельными или гидравлическими молотами, однако наиболее распространенным способом является использование вибропогружателя. Использование способа возведения [8], позволит повысить несущую способность свай на 15–20%. Предлагаемый способ возведения набивной сваи-оболочки включает образование скважины, установку в нее арматурного каркаса, формирование ствола сваи-оболочки путем подачи бетонной смеси в скважину и уплотнением ее стенок. В предложенном решении в нижней части скважины образуют лучевидное уширение. Одновременно с уплотнением стенок сваи-оболочки осуществляют отсасывание влаги из бетонной смеси и грунта под воздействием вакуумирования и явления электроосмоса.

Вывод

1. Каждый из типов свай-оболочек имеет свои особенности и преимущества, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для определенного проекта.
2. Успешное применение свай-оболочек в шельфовой зоне океанов и морей, а также в условиях сейсмических нагрузок, подтверждает их эффективность и надежность при усилении фундаментов.