Сва́я — деревянный, металлический, бетонный ( железобетонный, фибробетонный) стержень, цельный или полый внутри, который заглубляется в вертикальном или наклонном положении в грунт, либо выполняется в грунте у оснований зданий и сооружений с целью передачи выдёргивающей, придавливающей или срезающей нагрузки от расположенных выше инженерных конструкций (зданий и сооружений) или лежащего выше грунта на лежащий ниже более прочный грунт.
История В период развития цивилизации в повседневной деятельности человечество стало применять изделие, называемое на Руси «сва́ей» — огромный кол, палиса́да, заострённое и иногда окованное с острия в башмак бревно, забиваемое в землю, как пал, каба или кава для причалки судов и прочее или для ограды, частоколом или под основанье здания, кладки, стройки и прочее.
Первоначально свая изготавливалась из дерева, позднее с развитием металлургии стали изготавливать сваи металлические (чугунные или железные). Металлические сваи бывают пустотелые цилиндрические, отлитые из чугуна, или сплошные железные. С развитием инженерного дела были придуманы винтовые сваи.
Применение и расположение свай
Сваи применяются для прорезки залегающих с поверхности слабых слоёв грунта и передачи действующих нагрузок на лежащие ниже слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями.
Свайные используются, если: грунты основания с достаточной несущей способностью расположены значительно ниже отметки поверхности; строение очень тяжёлое (небоскрёб, мост) и увеличение размеров фундаментов нецелесообразно по экономическим, практическим и другим причинам.
Сваи могут располагаться как по одной (односвайный фундамент), так и кучно на расстоянии друг от друга 3—8d (d — диаметр или сторона сваи), работая совместно в количестве , образуя «свайный куст», при большем количестве — «свайное поле». На расстоянии взаимного влияния друг на друга свай почти не оказывается и они работают самостоятельно как одиночные сваи. Минимальное расстояние от центра сваи до края фундамента (ростверка) — .
Сваи применяются совместно с отдельными столбчатыми фундаментами, ленточными фундаментами, с ростверками, в качестве которых могут служить небольшие плиты или перекрёстные ленты, и с большими плитами ( и более). Сваи совместно с плитами образуют так называемый комбинированный свайно-плитный фундамент (), который сочетает сопротивление любых типов свай и плиты одновременно, применяется для уменьшения общей и неравномерной осадки зданий и сооружений. Сваи могут располагаться с переменным или с постоянным в плане шагом.
Свайные противооползневые и берегоукрепительные сооружения
Вблизи водных объектов сваи применяются для возведения свайных берегоукрепительных инженерных сооружений (заграждений).
В горной или холмистой местности сваи применяются для усиления грунта путём возведения свайных противооползневых инженерных сооружений (заграждений), в основном чтобы обеспечить устойчивость потенциально оползневого склона с выраженной и обусловленной геологическим строением поверхностью скольжения, на котором сооружается или уже находится дорожная конструкция (автомобильная дорога, железная дорога ) либо строится тяжёлое сооружение, способное привести грунт в движение и, как следствие, обрушение всего склона.
Свайные поддерживающие сооружения Свайные поддерживающие сооружения () применяются при технико-экономическом сопоставлении различных вариантов комплексов противооползневых мероприятий, которые включают устройство поддерживающих сооружений различных типов, как: подпорная стена, контрфорс, контрфорснодренажные прорези, земляные и каменные контрбанкеты и другие), также варианты расположения трасс дорог за пределами оползневого склона: перенос трасс на устойчивый грунт склона, устройство тоннеля или эстакады.
Свайные преграждающие сооружения Свайные преграждающие сооружения в виде подводных эстакад применялись в качестве заграждения рек и морских проходов, которое устраивалось для преграждения пути неприятельским судам во время войны. Стена из вбитых в дно свай сильно стесняют сечение фарватера, потому такие эстакады применялись при слабых течениях и глубине не более 8—10 метров.
Свайные настилы
относятся к фундаментам глубокого заложения и состоят из сгруппированных непрерывных рядов свай, верхний конец которых образует подобие настила в болотистой местности.
Взаимодействие свай с грунтом
Сваи передают усилия на грунты основания через боковую поверхность (трением) и через нижний конец. По характеру передачи усилия сваи различают: Опорные сваи (сваи-стойки) — передают усилие на прочный грунт в глубине преимущественно через нижний конец. Сваи трения (фрикционные сваи, висячие сваи) — передают усилие на грунт преимущественно трением боковой поверхности. Величина передаваемого усилия зависит от длины сваи. Сваи трения могут вообще не достигать прочных грунтов. При погружении в грунт на боковой поверхности сваи образуется грунтовая «рубашка», которая как бы прилипает к ней, образуя единое целое со сваей. Трение возникает не между телом сваи и грунтом, а между грунтовой «рубашкой» и окружающим грунтом. Поэтому силы трения мало зависят от вида материала сваи. Благодаря устройству котлована можно уменьшить длину свай. Анкерные сваи — разновидность опорных свай, после погружения которых в грунт происходит раскрытие опорной лопасти, после чего свая способна воспринимать как вдавливающие, так и выдёргивающие нагрузки.
Конструктивные элементы свай Конструктивные элементы свай: пята, оголовок, оболочка, ствол, башмак, наконечник сваи и другиеУДК 624.154 Свайные фундаменты. Свайные основания. Сваи в целом..
Ведущий наконечник свай может иметь разную форму и конструкциюБараусов М. Д. Патент № 258 . Ведущий наконечник для обсадной трубы, употребляемой при изготовлении бетонных свай в грунте.Иванов Г. И., Луговой В. Ф. Патент № 973707 . Конструкция свай с расширенной пятой..
Классификация свай По способу заглубления в грунт для укрепления фундаментов зданий и сооружений, а также ограждения стенок котлованов используются следующие виды свай: буровые (железобетонные); баретты особый тип свай, имеющий прямоугольную форму и её различные конфигурации (I-, X-, T-, H-образные). Баретты обладают повышенной несущей способностью — это важное свойство для высотного строительства на специфических грунтах. Круглые сваи значительно проигрывают бареттам на плохих грунтах. При одинаковой площади сечения площадь боковой поверхности баррет больше в 2,5 раза, как следствие этого повышенная несущая способность. Несмотря на большую эффективность баррет в некоторых случаях их стоимость может быть ниже, чем у традиционных буронабивных свай; буронабивные (БНС, , bored cast in situ pile); буронабивные с камуфлетной пятой; буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека (CFA/CCFA) по технологии Double Rotary; буроинъекционные () диаметром ; устраиваемые в пробурённых скважинах путём нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси, а также устраиваемые полым шнеком или с использованием не извлекаемых буровых штанг; выполняемые с уплотнением окружающего грунта путём обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (серией разрядов импульсов тока высокого напряжения — ); буроопускные (при работе с пластично-мёрзлой и твердомёрзлой почвой, содержащей крупные обломки породы) погружаются в скважину, диаметр которой превышает идентичные параметры самой конструкции, а оставшийся зазор заполняется цементно-песчаным раствором; сваи-столбы (сваи-стойки); винтовые сваи; грунтоплавленные; забивные и вдавливаемые сваи (железобетонные, деревянные, стальные предварительно изготовленные) по способу армирования: сваи и сваи-оболочки; по форме поперечного сечения: квадратные, прямоугольные, таврового и двутаврового сечений, квадратные с круглой полостью, полые круглого сечения; по форме продольного сечения: призматические, цилиндрические, с наклонными боковыми гранями (пирамидальные, трапецеидальные); по конструктивным решениям: цельные и составные сваи (стыкованные из отдельных секций, многосекционные); по конструкции нижнего конца: с заострённым или плоским нижним концом, или объёмным уширением (булавовидные); полые сваи с закрытым или открытым нижним концом или с камуфлетной пятой; набивные; по способу устройства: вытеснительные; виброштампованные; устраиваемые в выштампованном ложе; по способу пробивки скважин: без обсадки скважин; с обсадкой скважин инвентарными трубами; в предварительно пробурённых лидерных скважинах в случаях выполнения свай в грунтовом массиве; по виду материала заполнения скважины: бетонные и железобетонные с применением пластичной и жёсткой смеси; грунтовые — при выполнении упрочнённого основания путём глубинного уплотнения и заполнения пробитых скважин грунтом; щебёночные; армирующие — выполняются из жёсткого грунтового материала при устройстве армированного основания; по способу повышения несущей способности: с уплотнённой зоной и практически постоянным поперечным сечением по всей длине сваи; с уширенным основанием, устраиваемым путём втрамбовывания в дно скважины пробивным снарядом жёсткого грунтового материала или сухой бетонной смеси; с оголовком, выполняемым в вытрамбованном котловане-приямке с помощью специальной трамбовки, входящей в состав навесного оборудования для пробивки скважин; с уширенным основанием и оголовком, устраиваемыми; с уширенным основанием, выполняемым путём втрамбовывания в дно пробурённой скважины жёсткого грунтового материала или сухой бетонной смеси;
сваи-оболочки.
Набивные сваи в раскатанных скважинах Раскатка скважинНабивные сваи в раскатанных скважинах . Пособие МГСУ. (сокр. DDS от или FDD от ) — непрерывный процесс образования цилиндрически-конической полости в грунте путём вытеснения его в сторону уплотнения раскатчиком скважин. Грунт из скважины не извлекается, как при бурении, а раздвигается и уплотняется — «раскатывается» в радиальном направленииНабивные сваи в раскатанных скважинах .. Раскатчик при проходке в сжимаемых грунтах вдавливает грунт в стенки скважины, уплотняя их, что позволяет исключить просадку грунта и значительно снизить осадки фундаментов на слабом основании. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность. Также становится ненужным использование дополнительного дорогостоящего оборудования для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. К сваям в раскатанных скважинах относятся сваи FUNDEX c теряемым башмаком для установки арматурного каркаса.
Разновидность набивных безоболочковых свай — буроинъекционные сваи, используемые при усилении оснований и фундаментов зданий и сооружений. Сваи с извлекаемой оболочкой изобретены в 1899 году А. Э. Страусом, так называемые «сваи Страуса», их монтаж производится путём погружения обсадной трубы без ударов-взрывов с заполнением бетона. После успешного применения свай Страуса и возросшей популярности такого метода строительства, со временем стали появляться их различные модификации: «сваи Франки», «сваи Бенато»
Буронабивные сваи
Баретт — разновидность буронабивных свай повышенной несущей способности, изготавливаемых технологическим оборудованием типа «плоский грейфер» или «фреза», в форме прямоугольников, I, H, T, X и других. Устройство баретт аналогично выполнению стены в грунте: траншея разрабатывается двухчелюстным гидравлическим грейфером под защитой глинистого (бентонитового) раствора, затем происходит погружение арматурного каркаса и бетонирование через бетонолитные трубы.
Основной принцип определения геометрических характеристик свай-баретт — возможность соосной передачи нагрузок от верхних конструкций на фундаменты. Также необходимо учитывать технические характеристики оборудования, применяемого для устройства баретт: размер захватки грейфера, особенности соединения/пересечения панелей.
Популярные методы устройства буронабивных свай (БНС): Устройство свай методом бурения в обсадной инвентарной трубе;