На слабых грунтах, в которых несущий слой расположен на значительной глубине, зачастую в качестве решения для фундаментной части выбирают сваи. Рассмотрим преимущества пирамидальных свай.
Пирамидальные сваи
Любой свайный фундамент повышает надежность основы постройки. Пирамидальные сваи отличаются своей формой, за счет которой достигается максимальное использование несущей способности самого грунта. Также пирамидальные сваи называют сваями тения, поскольку несущая способность возникает из-за сопротивления грунта, расположенного вдоль боковых граней. Пирамидальная свая имеет заостренный конец, который легко углубляется в слабый грунт, при этом пята сваи уширена, что позволяет задействовать больший объем грунта. Длина пирамидальных свай достигает 6 метров, а угол наклона грани может быть равен от 1 до 15 градусов. Забивка свай может осуществлять в зимний период, ведь они не требуют значительных подготовительных и земляных работ. Размер острия сваи составляет порядка 10 сантиметров, а оголовок достигает 80 сантиметров.
Бипирамидальная свая отличается от пирамидальной следующими параметрами:
- форма сваи, которая состоит не из одного, а из двух пирамидальных элементов;
- удельное сопротивление бипирамидальной сваи в 2 раза больше;
- сокращение расхода бетона и арматуры.
Пирамидальные и бипирамидальные сваи могут изготавливаться в заводских условиях и устанавливаться методом погружения с помощью свайных агрегатов. Их изготавливают ненапрягаемыми (поперечное армирование ствола) или напрягаемыми без армирования, но с центральным стержнем.
Альтернативным вариантом является устройство свай непосредственно на площадке. Для этого изготавливается металлическая форма, с помощью которой экскаватором выштамповывается ложе в основании. Эта пустота заполняется бетонной смесью.
Рисунок 1. Рисунок 1. Конструкция пирамидальной сваи
Бипирамидальная свая — это конструкция, которая предназначена для передачи нагрузки от здания на основание в форме двух пирамидальных элементов.
Таким образом пирамидальные и бипирамидальные сваи наиболее целесообразно использовать в недоуплотенных грунтах, так как в результате забивки происходит уплотнение в большей степени чем у сваи цилиндрической или призматической формы.
Исследование сопротивления вертикальным нагрузкам бипирамидальных свай
Ограничением активного внедрения бипирамидальный свай является отсутствие проверенных способов расчета и испытаний на практике. Как правило при расчете таких свай используются методы:
- граничных элементов;
- конечных элементов;
- конечных разностей.
Рисунок 2. Рисунок 2. Метод конечных разностей
На основании опытных данных и проведенных расчетов выполняются исследования, позволяющие выявить сопротивляемость бипирамидальных свай вертикальным нагрузкам и оправданность принятой формы сваи.
Опытные испытания проводят на площадках, имеющих различные типы гуантов для сравнения данных. В ходе испытания выявляют рациональные пропорции между верхней и нижней частью. Для этого изготавливают несколько типоразмеров, имеющих различные пропорции.
Чтобы оценить влияние формы на несущую способность, используется коэффициент остроты и коэффициент полноты сваи. В первом случае коэффициент зависит от размера поперечного сечения в голове и объема погруженной части. А во втором — оценивается через длину заглубленной части, умноженную на квадрат размера поперечного сечения, разделенные на объем погруженной части.
Сопротивление свай различной формы возрастает прямо пропорционально коэффициенту формы, значение сопротивления также зависит от модуля деформации грунта. То есть, если на одном из испытательных участком грунт имеет меньший модуль деформации, то и сопротивление образцов будет меньше.
В том случае, если верхняя часть бипирамидальной сваи имеет одинаковые размеры, а нижняя часть относится к высоте оголовка в пропорции 2,3-5,7, то сопротивление при погружении в грунт возрастает.
Исследование соответствия сваи теоретическим расчетам проводится всегда. Фундамент — слишком ответственная часть здания, поэтому при выполнении свайного фундамента проводятся полевые испытания, подтверждающие или опровергающие расчеты. Эксперименты с формой сваи, ее длиной, пропорциями, габаритами, материалом изготовления позволяют значительно расширить палитру возможных вариантов решения.
