Разметка свайного фундамента своими руками: Разметка фундамента из винтовых свай своими руками

к оглавлению ↑

Расчёт количества свай

Перед тем, как приступать к монтажу свай, необходимо выполнить ряд предварительных работ. Первым этапом является расчет свайного поля.

Эта процедура представляет собой детальный и математически обоснованный анализ распределения опор на строительной площадке. Он производится в несколько этапов:

1. Проектировщик определяет общую нагрузку, которую создаст возводимое строение на основание.
2. Рассчитывается несущая способность 1 сваи, закладываемой в фундамент.
3. Общая нагрузка разделяется на характеристику одной опоры и таким образом определяется количество необходимых на конкретный объект свай.

При определении совокупной нагрузки, возникающей после возведения здания или сооружения, учитывают характеристики всех строительных материалов, будущее использование сооружения и общую площадь здания, а также отдельных конструктивных элементов.

В разработанных проектными институтами и утвержденных ГОСТах содержатся расчетные показатели нагрузки при эксплуатации каждого типа зданий. Они определены с учетом практического опыта. Для жилых зданий – примерно 150 кг/м²; при промышленном строительстве – 200 кг/м².

Удельный вес 1 м² стены

При возведении нескольких этажей важно учитывать этажность и производить расчеты как для каждого этажа в отдельности, так и для всей конструкции в целом.

Удельный вес 1 м² перекрытий

Удельный вес 1 м² кровли

При расчетах необходимо учитывать регион, где происходит строительство. Для каждого района характерны уникальные средние показатели снежного покрова. При разработке проекта свайного поля обязательно высчитывают нагрузки от давления снежного покрова, исходя из среднестатистических наблюдений для конкретной местности.

Средний вес снежного покрова приведен в таблице:

Для получения указанных данных необходимо площадь крыши здания умножить на массу снежного покрова. К итоговому результату прибавляют 20% — это дополнительный параметр, называемый коэффициентом надежности.

Проектирование свайного поля требует особого внимания к расчетам. Необходимо достигнуть оптимального сочетания количества опор, их прочности и заглубления. Для этих работ важно иметь точные данные геологических и геодезических предпроектных испытаний.

В качестве примера таблица ниже содержит показатели несущей способности грунтов и винтовых свай:

Тип грунта	Расчетное сопротивление грунта *, кг/см2		Несущая способность винтовой сваи, кг
			ВСГ-1 73/250		ВСГ-1 89/300
	плотный	ср. плотн	плотн	ср. плотн	плотн	ср. плотн
Крупный гравелистый песок	13.0	12.0	6378	5888	9185	8478
Песок средней крупности	12.0	11.0	5888	5397	8478	7772
Мелкий маловлажный песок	5.0	4.0	2453	1963	3533	2826
Мелкий песок, насыщенный влагой	3. 0	2.0	1472	981	2120	1413
Супеси сухие	5.0	4.0	2453	1963	3533	2826
Супеси, насыщенные влагой	3.0	2.0	1472	981	2120	1413
Суглинки сухие	4.0	3.0	1963	1472	2826	2120
Суглинки, насыщенные влагой	3.0	1.0	1472	491	2120	707
Глины сухие	6.0	2.5	2944	1227	4239	1766
Глины, насыщенные влагой	4.0	1.0	1963	491	2826	707

И в конце, после получения всех расчетных данных, переходят к определению числа опор для конкретного проекта. Для этого общую массу делят на несущую способность одной сваи (как упоминалось выше).

к оглавлению ↑

Разметка свайного поля

Схема свайного поля служит основой для выноса в натуру проекта. Эти работы выполняют квалифицированные геодезисты.

В чертеже определено положение всей конструкции и каждой сваи в отдельности на участке застройки. Инженер-геодезист, с помощью специального оборудования (электронный тахеометр, GPS-системы) определяет их фактическое расположение на участке и закрепляет арматурой с точностью до 1 см. В зависимости от сложности строения и требований точности, эти работы могут быть выполнены и рулеткой.

Тахеометр и GPS приемник геодезического класса

Процедура выноса в натуру (разбивки) свайного поля включает в себя несколько этапов:

1. Вынос на стройплощадку базовых линий поля.
2. Разбивка местоположения каждой сваи на участке.
3. Определение нулевого уровня свайного поля (отметки, на которую должны выйти опоры после их закладки).

Важно надежно закрепить каждую точку и обеспечить их сохранность. В противном случае придется вызывать специалистов снова.

Для удобства рекомендуется использовать следующий метод: закреплять оси фундамента на обноски за пятном застройки. Затем между ними натягивают бечевку – точка пересечения двух нитей и есть место установки сваи. Так вы обеспечите их сохранность при перемещении людей и техники по площадке.

Разметка свайного поля с помощью бечевки

Обязательно используйте прошедший согласования план свайного поля – так вы избегаете нарушений и гарантируете законность выполняемых работ.

к оглавлению ↑

Установка свайного поля

После выполнения всех работ по проектированию и последующему закреплению точек свайного поля на участке, вы можете переходить к монтажу.

На практике сваи располагают в форме нескольких фигур:

1. Свайный куст – малое число свай, расположенных рядом. Ростверк в таком случае может иметь соотношение сторон 1:5. Оптимальный вариант для высоких конструкций, колонн.
2. Свайная полоса – опоры располагаются в ряд. Подходят для вытянутых стен.
3. Свайное поле – большое число свай, равномерно распределенных на площадке. Для зданий жилого и промышленного комплекса.

Перед работой необходимо доставить на объект всю необходимую технику. Обязательно иметь в распоряжении достаточное количество свай необходимых характеристик. Перед закладкой опор выполняется вертикальная планировка пятна застройки.

Если выбранные вами сваи винтовые, то их можно «вкрутить» собственными силами с помощью специальных приспособлений для такой работы.

Закрутка сваи вручную

Для погружения железобетонных свай применяют копровую машину. В данном случае работа включает в себя следующие этапы:

1. Машина устанавливается в месте битья свая, к ней подтаскивается свая.
2. После строповки сваи, ее выводят в вертикальное положение. Соблюдение вертикальности обеспечивает прочность конструкции и снижает риск разрушения сваи и работе копра.
3. После стыковки со сваебойным молотом, начинается забивка сваи в грунт до необходимой глубины. В проекте закладывается ориентировочный отказ сваи – глубина, при которой она перестает входит в землю.
4. После забивки всех опор проводят их выравнивание до установленной высоты. Чаще всего это выполняют рабочие с помощью отбойных молотков.

При закладке на каждое свайное поле должен быть разработан чертеж. Этот документ служит своеобразной инструкцией по проведению всего комплекса работ. Следование указанным расчетам гарантирует выход на проектируемые показатели всего строения. Поэтому особенно важно правильно осуществить установку свайного поля.

Разметка под фундамент своими руками

• Главная
• org/ListItem”>Строим дом

В данной статье опишем процесс разметки участка под фундамент своими руками. 

План статьи:

Общие правила для разметки фундамента
Построение прямоугольного фундамента (т.Пифагора)
Построение прямоугольного фундамента (метод паутина)
Разметка под столбчатый фундамент
Разметка под ленточный фундамент
Разметка под плитный фундамент

Общие правила для любого фундамента

Выбираем точку отсчета. Первую сторону нашего фундамента нужно привязать к какому-нибудь объекту нашего участка.

Пример. Сделаем так, чтобы наш фундамент (дом) был параллелен  одной из сторон забора.  Следовательно, первую бечевку натягиваем равноудалено от этой стороны забора на нужное нам расстояние.

Построение прямого угла (90⁰). В качестве примера будем рассматривать прямоугольный фундамент, в котором все углы максимально близки к 90⁰.

Существует несколько способов как это сделать. Мы рассмотрим 2 основных.  © www.gvozdem.ru

Способ 1. Правило золотого треугольника

Для построения прямого угла будем применять теорему Пифагора.

Формула   

Чтобы не углубляться в геометрию попробуем описать проще.  Чтобы между двумя отрезками a и b сделать угол в 90⁰ нужно сложить длины этих отрезков и вывести корень из этой суммы. Получившиеся число будет являться длинной нашей диагонали соединяющей наши отрезки.  Очень просто расчет сделать с помощью калькулятора. 

Обычно при разметке фундамента берут размеры сторон, чтобы при выведении из корня получалось целое число. Пример: 3х4х5; 6х8х10.

Если у вас есть рулетка, то в целом проблем не возникнет, если вы будете брать отрезки отличные от общеиспользуемых. Например: 3х3х4,24; 2х2х2,83; 4х6х7,21

Если измерения мы производили в метрах, то значения получаются очень даже понятными: 4м24см; 2м83см; 7м21см.

Калькулятор

² + ² = ²

Также стоит отметить, что измерения можно производить в любых системах измерения длины главное использовать известное нам соотношение сторон: 3х4х5 метра, 3х4х5 сантиметра и т. п. То есть, если даже у вас нет инструмента для измерения длины, то можно взять, например, рейку (длина рейки не имеет значения) и померить ей (3 рейки х 4 рейки х 5 реек).

Теперь давайте посмотрим как это применить на практике.

Инструкция по разметке прямоугольного фундамента

Способ 1. Правила золотого треугольника (т.Пифагора)

Рассмотрим на примере построение прямоугольного фундамента с размерами 6х8м с помощью золотого треугольника (т.Пифагора).

1. Размечаем первую сторону фундамента. Это самая простая часть в построении нашего прямоугольника. Главное, что нужно помнить. Если хотим чтобы наш фундамент (дом) был параллелен одной из сторон забора либо другого объекта на участке или за его пределами, то первую линию нашего фундамента делаем равноудаленной от выбранного нами объекта. Данную процедуру мы описывали выше. Для размещения первой бечевки можно использовать колушки, прочно закрепленные в грунте, но в идеальном варианте для данной цели использовать обноску. Ее и будем использовать. Расстояние между обносками для данной стороны сделаем 14м: между обносками и будущими углами по 3м и 8м под фундамент.

2. Натягиваем вторую бечевку максимально перпендикулярно первой. Идеально перпендикулярно на практике натянуть сложно, поэтому на рисунке мы также отобразили ее не много  отклоненной.

3. Скрепляем обе бечевки в точке пересечения. Скрепить можно скобкой либо скотчем. Главное чтобы надежно.

4. Приступаем к формированию прямого угла с применением теоремы Пифагора. Будем строить прямоугольный треугольник с катетами 3 на 4 метра и гипотенузой 5 метров. Для начала отмеряем на первой бечевке  4 метра от места пересечения бечевок, а на второй 3 метра. Ставим отметки на шнурке с помощью скотча (прищепка и т.п.).

5. Соединяем рулеткой обе отметки. Один конец рулетки фиксируем у отметки в 4 метра и ведем в сторону отметки в 3 метра на другой бечевке. 

6. Если у нас прямоугольный треугольник, то обе отметки должны сойтись при расстоянии в 5 метров. В нашем случае отметки не сошлись. Поэтому перемещаем бечевку в нашем случае вправо до того момента когда отметка на 3 м совпадет с делением рулетки на 5 м.

7. В итоге у нас получился прямоугольный треугольник с углом в 90⁰ между двумя бечевками. 

8. Больше отметки нам не нужны и их можно убрать.

9. Приступаем к построению прямоугольника. Отмеряем на обеих бечевках длины сторон нашего фундамента 6 и 8 метров соответственно. Ставим отметки на бечевках.

10. Натягиваем третью бечевку максимально перпендикулярно к первой бечевке. Скрепляем обе бечевки на отметке в 8 м.

11. Натягиваем четвертую бечевку максимально перпендикулярно ко второй бечевке. Скрепляем обе бечевки на отметки в 6 метров.

12. Делаем отметки на третьей бечевке 6 метров и на четвертой 8 метров.

13. Чтобы получить четырехугольник с прямыми углами в нашем случае необходимо, чтобы обе отметки на третьей и четвертой бечевках совпали. Для этого перемещаем обе бечевки до момента соединения отметок.

14. В итоге, если все правильно измерили, то у нас должен получиться правильный прямоугольник. Давайте проверим, получился ли он с помощью измерения диагоналей. 

15. Измеряем длины диагоналей. Если они одинаковые, как в нашем случае,  мы имеем правильный прямоугольник. Диагонали имеют одинаковую длину и в равнобедренной трапеции. Но у нас известен один угол в 90⁰, а в равнобедренной трапеции таких углов нет.

16. Готовая разметка прямоугольного фундамента с применением теоремы Пифагора.  © www.gvozdem.ru

Способ 2. Паутина

Очень простой способ сделать разметку в виде прямоугольника с углами в 90⁰.  Самое главное что нам понадобится – это бечевка, которая не растягивается, и точность ваших измерений с помощью рулетки.

1. Нарезаем куски бечевки, которые нам понадобятся для формирования разметки. В данном примере мы строим фундамент со сторонами 6 на 8 метров. Также для правильного построения прямоугольника нам понадобятся равные диагонали, которые для прямоугольника 6 на 8 метров будут равны 10 метрам (т. Пифагора описана выше). Также нужно взять запас длины бечевок на крепление.

2. Соединяем нашу «паутину» как на рисунке. Скрепляем стороны с диагоналями в 4 местах по углам. Сами диагонали в точке пересечения скреплять не нужно.

3. Натягиваем первую бечевку (точки 1,2). Крепить ее будем с помощью колышков. Главное чтобы колышки крепко держались в земле и при натяжении нашей конструкции их не увело. Этот важный момент нужно учесть.

4. Натягиваем угол 3. Главное условие чтобы бечевка  1-3 и диагональ 2-3 не провисали и были максимально натянуты.  После фиксации с помощь колышка в точке 3 мы имеем угол в точке 1 в 90⁰.

5. Натягиваем угол 4 и устанавливаем колышек. Следим, чтобы бечевка в точках 2-4, 3-4 и диагональ 1-4 не провисали и были максимально натянуты.

6. Если соблюдены все условия, то в результате у нас должен получиться прямоугольник с углами максимально близкими 90⁰.

Разметка под фундамент дома

Разметка под столбчатый фундамент

Делаем двухъярусную обноску. Нижний ярус – это уровень столбов.

Верхний ярус обноски – уровень ростверка.

Подробную инструкцию читаем в статье: Разметка под столбчатый фундамент с ростверком

Разметка под ленточный фундамент

Создаем прямоугольник для внешнего контура применяя т.Пифагора. Затем отступаем на величину, равную ширине ленты и делаем внутренний контур. 

Разметка под плитный фундамент

Самой простой способ разметки. Строим прямоугольник по размерам фундамента применяя теорему Пифагора для нахождения прямого угла.   © www.gvozdem.ru

От автора

В данной статье мы рассмотрели, как произвести разметку под фундамент своими руками с построением прямоугольника с углами в 90⁰. В целом ничего сложно в разметке нет. Цена вопроса – это стоимость бечевки, доски для обноски (эконом вариант – колышки) и умение пользоваться рулеткой.

Похожие статьи:

• Столбчатый фундамент своими руками
• Столбчатый фундамент из пластиковых труб (ПВХ)
• Столбчатый фундамент из асбестоцементных труб
• Столбчатый фундамент из дерева
• Столбчатый фундамент из кирпича
• Видео по разметке фундамента 

Домашняя страница – Сваи Postech

Фундамент на винтовых сваях

Простой, умный и надежный

• ПРОСТО: Один звонок. Работа на несколько часов. Никаких раскопок.
• УМНЫЙ: Простое решение. Экологичный. Готов строить.
• SOLID : Не зависит от погоды. Не сдвинется с места. Всегда.

О нашей термовинтовой свае Сваи против бетона

Начало работы на прочном фундаменте

Тип применения на винтовых сваях

Мы предлагаем самые прочные и долговечные фундаменты для самых разных строительных проектов в любых условиях как для домовладельцев, так и для профессионалов. Откройте для себя все типы применения винтовых свай.

Посмотреть все приложения

Палуба

Солярий

Сарай

Дополнение

Коттедж

Простая установка

Быстро, чисто и без проблем

Один телефонный звонок — и дело сдвинулось с мертвой точки. Местный сертифицированный эксперт Postech планирует установку вместе с вами, советует винтовые сваи правильного размера и отмечает позиции. Ваши винтовые сваи устанавливаются всего за несколько часов, без земляных работ и без ущерба для вашего имущества.

Монтаж

Что говорят

Мы делаем наших клиентов счастливыми

Я хочу поблагодарить Джен и Дэна (Postech Grey-Bruce) за отличную работу. Мой супервайзер Райан на седьмом небе от радости от точности установки пирса, а мой клиент не может поверить, что в его саду была даже машина… почти нулевое воздействие на площадку. Абсолютно фантастично. Спасибо за отличную работу, вы будете делать все наши пирсы в будущем. С уважением, Колин

Колин Грант, клиент

Сделал это для платформы нашего сарая. Мы также сделали нашу колоду в них… отличный продукт. Сделали быстро и без уборки двора после… отличная работа, ребята!

Шэрон МакГроу, клиент

У меня была сложная работа, и они изо всех сил старались ее выполнить. Отличное общение от начала и до конца. Я буду использовать их снова, когда это необходимо.

Марк Мирович, Заказчик

Postech Antigonish оказал нам отличную услугу на этом рабочем месте. Они были пунктуальны, очень профессиональны и, помимо всего прочего, принесли нам дополнительную пользу, помогая с дизайном и инжинирингом. Я полностью рекомендую их услуги.

Джейми Своллоу, начальник участка Линдси Строительство

Мы наняли Дэна и его команду, чтобы починить нашу кедровую ограду. Предыдущие подрядчики вставляли стойки 6X6 только на три фута в землю, что приводило к значительному перемещению во время зимы. Излишне говорить, что система забора выглядела не очень хорошо. Приехала бригада Postech Moncton, которая демонтировала все секции забора, вырезала столбы 6X6 и установила 20 свай Postech. Непростая работа по демонтажу и восстановлению существующей древесины. Ребята были профессиональны и хорошо убирали место работы после того, как они были сделаны. Я настоятельно рекомендую всем команду Postech Moncton. Спасибо ребята!

Шарлин Кормье-Оффри, клиент

Хороший совет. Честность. Мы используем постех. Отличный сервис!

Джозеф Брюс Доуэлл, клиент

Установщики-партнеры

Наши сертифицированные специалисты — ваши соседи

Каждая установка Postech выполняется быстро и легко, а рядом с вами находится сертифицированный специалист-установщик, который гарантирует, что ваш проект начнется на правильной основе.

Найдите своего установщика

Забивка свай, часть I: Введение в молоты и методы

Посмотреть полную статью можно здесь.

Забивка свай — это процесс установки сваи — связанной конструкционной колонны — в землю без предварительного выемки грунта. Эти сваи забивают, толкают или иным образом устанавливают в землю. Как метод строительства забивка свай существовала еще до того, как человечество стало грамотным. По сути, забивные сваи — самый старый тип фундамента глубокого заложения.

Забивные сваи позволяют размещать конструкции в местах, которые в противном случае были бы непригодны с учетом подземных условий. Это делает эту технику невероятно полезной и по сей день. Несмотря на то, что метод забивки свай претерпел значительные изменения, для установки сваи в землю по-прежнему используется одна и та же базовая техника.

Забивка свай существует уже тысячи лет. С самого начала человеческой истории забивные сваи использовались для возведения укрытия над водой или землей. Используя таким образом забивные сваи, древние люди также могли защитить себя и свою пищу от животных и других людей.

В римском мире забивные сваи обычно использовались для обеспечения стабильного фундамента в различных грунтах вокруг Средиземного моря. Римляне — искусные планировщики инфраструктуры — также использовали забивные сваи для поддержки военных и гражданских работ. Фактически, один из старейших мостов в Риме был назван «Pons Sublicius», что означает «мост из свай». В конце Римской республики один из самых амбициозных и сложных мостов был построен армией Юлия Цезаря, когда они пересекали реку Рейн. Этот мост поддерживался серией свай и был разработан не только для того, чтобы быть устойчивым, но и для того, чтобы выдерживать атаки противоборствующих армий.

В римскую эпоху сваи делались из дерева. Эти сваи забивали отбойными молотами, которые поддерживались небольшими деревянными установками. Деревянные сваи продолжали использоваться до конца девятнадцатого века.

В этот же период китайские и другие азиатские строители использовали инновационный метод забивки свай. Каменный блок поднимали с помощью веревок, которые, как научили люди, натягивали и располагали в виде звезды вокруг оголовка сваи. По мере того как веревки тянулись и растягивались, каменный блок подбрасывался вверх, а затем направлялся вниз, чтобы нанести удар по оголовку сваи.

В Венеции, городе, построенном в болотистой дельте реки По, ранние итальянцы использовали деревянные сваи для поддержки зданий. Эти сваи были забиты через мягкую грязь болота на слой валунов ниже. Эти забивные сваи исключительно хорошо сохранились; в 1902 году, когда упала колокольня собора Святого Марка, деревянные сваи были в таком хорошем состоянии, что их использовали для поддержки реконструированной башни. Колокольня и ее опорные плиты были построены в 9 в.00 г. н.э.

В девятнадцатом веке ряд достижений позволил более широко использовать забивные сваи. Во-первых, пар заменил человеческую силу, чтобы вращать лебедки, которые забивали сваи. Разработка парового молота, использование бетонных свай и создание первой формулы динамического забивания свай позволили еще более эффективно устанавливать сваи.

В 1845 году шотландский изобретатель Джеймс Нейсмит разработал паровой молот, который использовался для забивания свай на Королевских верфях в Девонпорте, Англия. Это открытие стало возможным благодаря широкому использованию энергии пара, которая применялась как в Великобритании, так и в России для паровых машин. Паровой молот Нейсмита изначально был разработан для использования в качестве кузнечного молота для производства стали. Его использование в качестве сваебойного механизма позволяло забивать сваи со скоростью одна за четыре с половиной минуты. В то время при забивании свай с помощью человека можно было установить только одну сваю более чем за двенадцать часов.

. Паровые молоты начали использоваться в Соединенных Штатах после 1875 года. В 1887 году компания Vulcan Iron Works разработала первый молот «№1». Этот молот и последующие стали самыми популярными типами паровых молотов в Соединенных Штатах. В Европе паровые молоты производились такими компаниями, как BSP, Menck + Hambrock и Nilens.

Эти ранние паровые молоты полагались исключительно на падение ползуна в качестве энергии, используемой для забивания сваи. В двадцатом веке были разработаны паровые молоты с направленным вниз усилием. В этих молотах использовался пар (а позже и сжатый воздух) для ускорения ползуна вниз с большей силой, чем могла бы обеспечить только сила тяжести. Было два типа таких молотков. Составные молоты использовали воздух или пар при ходе вниз, а молоты двойного или дифференциального действия использовали воздух или пар при полном давлении для ускорения ползуна вниз.

Хотя сваи-таймеры чрезвычайно долговечны при надлежащих условиях, они подвержены разрушению. Кроме того, деревянные сваи ограничены по размеру и длине, поскольку они могут быть только такими же длинными или широкими, как деревья, из которых они были вырезаны. В конце 1800-х годов французский инженер представил в Европе бетонные сваи. Вскоре после этого американец А.А. Рэймонд впервые использовал бетонные сваи в Соединенных Штатах при строительстве фундамента здания в Чикаго. Раймонд основал компанию Raymond Concrete Pile Company, которая стала одним из крупнейших и наиболее успешных предприятий по забивке свай в мире.

В то время как деревянные сваи обычно забивались до допустимой нагрузки менее 50 тысяч фунтов, бетонные сваи могли забиваться до 60 тысяч фунтов или более. В результате при той же нагрузке при использовании бетонных свай можно было использовать меньшее количество свай и меньшие фундаменты (по сравнению с деревянными сваями). Поскольку производство бетона стало более совершенным, использование бетонных свай стало более распространенным.

На рубеже двадцатого века также начали использовать стальные сваи. В то время использовались два типа стальных свай: двутавровые и трубчатые. Двутавровые сваи использовались как способ решения проблем, возникающих при использовании двутавровых свай. Когда двутавровые сваи забивали в плотный песок и гравий для опор и устоев мостов, часто происходило подмывание. Двутавровые сваи выдерживали жесткую забивку, что позволяло забивать их достаточно глубоко, чтобы противостоять размыву.

Трубы использовались в качестве свай двумя разными способами. Трубы с открытыми или закрытыми концами использовались без заливки бетоном в тех случаях, когда сваи должны выдерживать боковые или морские растягивающие нагрузки, например, на морских нефтяных платформах. Бетонные заливные трубы использовались в других целях и приводились в движение оправками. Стальные трубы, заполненные бетоном, могут включать кессоны, сваи-баллоны, однотрубные сваи и сваи-оболочки.

В дополнение к усовершенствованию самих свай, эволюционировали и буровые установки, которые их забивали. Скидочные буровые установки чаще всего использовались до разработки крановых буровых установок. С появлением мобильных кранов использование блочных установок прекратилось.

Хотя забивка свай может показаться простым процессом — забивание сваи в землю с применением силы, — для успешной забивки свай на самом деле требуется знание нескольких типов техники. Это включает в себя понимание того, как свая будет взаимодействовать с грунтом (геотехническая инженерия), динамики движущихся тел (инженерная механика) и напряжений во время забивки и после установки (строительная инженерия). Лучше всего это можно продемонстрировать, исследуя динамику сваи.

Динамическая формула была первой попыткой создать уравнение, которое моделировало бы динамику забивки свай и делало его полезным для подрядчиков. Динамическая формула использовала ньютоновскую механику удара как способ моделирования движения сваи. Полученную формулу затем можно было бы применить к текущей работе. Наиболее популярной динамической формулой является формула Engineering News.

В то время как динамическая формула широко использовалась в прошлом, когда в строительных проектах стали использовать бетонные и стальные трубы, она утратила свою полезность. Динамическая формула не учитывает систему забивки и грунт, взаимодействующий со сваей. Кроме того, он моделирует сваю как одну жесткую массу. В результате использование динамической формулы с бетонными сваями привело к растрескиванию при растяжении.

Волновое уравнение — или теория волн напряжения — решает многие из этих вопросов. Австралиец Дэвид Виктор Айзекс изучил использование динамической формулы с бетонными сваями и разработал математическую модель, которая учитывала последовательное распространение и отражение волн. При этом он мог учитывать напряжения и смещения сваи при ее забивании. Эта формула также учитывает такие факторы, как растягивающие напряжения в бетонных сваях, влияние веса ползуна, а также влияние жесткости подушки молота и веса приводной крышки.

Британский совет по исследованиям в области строительства дополнил работу Айзекса, заказав исследование волн напряжения в сваях. Исследование привело к разработке серии диаграмм, которые затем можно было использовать для оценки напряжений и сопротивления бетонных свай. В исследовании также рассматривался ряд технических вопросов, которые интересуют и по сей день, таких как контрольно-измерительные приборы и сбор данных о напряжениях и усилиях в сваях, влияние подушки молота на генерацию и действие волны напряжения сваи, взаимосвязь веса тарана к весу сваи и поперечному сечению, а также испытания падающей башни на материале подушки для определения жесткости подушки.

После Второй мировой войны инженер-механик Э.А.Л. Смит из компании Raymond Concrete Pile Company разработал численный метод для моделирования волн напряжения в сваях и поведения свай. Техника Смита состояла из пяти основных элементов:

1. Разделение сваи на серию пружин и масс;
2. Интегрирование модели с использованием метода конечных разностей первого порядка;
3. Моделирование молота и подушки сваи методом статического гистерезиса;
4. Моделирование грунта как комбинации демпферов, зависящих от скорости, и демпферов, зависящих от перемещения; и
5. Моделирование нелинейности грунта.

Модель грунта, предложенная Смитом, до сих пор является стандартной во многих волновых уравнениях, используемых сегодня, включая программу Техасского транспортного института, которая была разработана с использованием модели Смита. В 1960-х программа WEAP добавила еще один элемент: сложность сгорания дизель-молотов.

Помимо динамической формулы, методы полевого мониторинга также могут использоваться для понимания динамики сваи. Принципы геотехнической инженерии, которые учитывают неопределенность, создаваемую использованием почвы и горных пород, усовершенствовали формулы, используемые для забивки свай. Первоначально количество ударов молота на фут использовалось как способ определения мощности сваи. Позже теория волны напряжения использовалась для сравнения силы и скорости сваи в данный момент времени. С помощью этого метода удалось разделить статическую и динамическую составляющие сопротивления грунта. Компьютерная модель, программа анализа волн сваи Case (или CAPWAP), позволила дополнительно уточнить реакцию грунта для определения емкости сваи.

В 1920-х годах в Германии были впервые разработаны дизельные молоты. Эти типы молотов имели два явных преимущества перед другими методами забивания свай. Во-первых, они могли работать без внешнего источника питания. Во-вторых, они, как правило, были легче других молотков, но обладали сравнимой ударной силой. Дизель-молоты были впервые представлены в Соединенных Штатах после Второй мировой войны.

Большинство производимых сегодня дизель-молотов трубчатого типа с воздушным охлаждением. Однако в некоторых случаях используются дизельные молоты стержневого типа и дизельные молоты с водяным охлаждением. Ползун стержневых дизель-молотов перемещается по колоннам, аналогичным колоннам пневматических/паровых молотов. Однако камера сгорания скрыта, так как воздух сжимается, а дуэль впрыскивается. Затем камера обнажается, когда плунжер выбрасывается вверх из места сгорания. Сегодня дизель-молоты стержневого типа используются только для очень небольших дизель-молотов. Напротив, дизельные молоты с водяным охлаждением имеют резервуар для воды, который окружает камеру сгорания. Хотя эта модель обеспечивает превосходную охлаждающую способность, они неудобны в использовании. В результате дизель-молоты с водяным охлаждением не пользуются популярностью в строительной отрасли.

В ХХ веке инженеры бывшего Советского Союза разработали первый вибропогружатель. Этот молот приводился в действие электродвигателем мощностью 28 кВт и имел динамическую силу 214 кН. В 1950-х годах и позже в Советском Союзе были разработаны различные вибрационные молоты и оборудование для бурения грунта.

Два наиболее важных типа вибрационных молотов, разработанных в Советском Союзе, включают ВПМ-170 и ВУ-1,6. ВПМ-170 мог забивать свайные трубы диаметром 1600 миллиметров в любой тип грунта, кроме каменистых. Он также может работать на двух разных частотах. Трубу такого же диаметра ВУ-1,6 можно было погрузить на глубину до 30 метров. Он также мог удалить вилку из сваи во время движения. Этот молот имел большое центральное отверстие, которое позволяло ему удалять грунт, не останавливая сваебой.

Эта советская технология была лицензирована японцами, которые затем разработали свои собственные вибромолоты. Следует отметить молот Урага, в котором внутри каждого эксцентрика размещался электродвигатель. Это сделало молот Урага машиной с «прямым приводом».

В 1969 году американцы представили свой первый гидравлический вибромолот MKT V-10. Эта машина во многом отличается от современных вибромолотов. Во-первых, для демпфирования стрелы и крюка крана использовались спиральные стальные пружины; современные машины обычно используют резиновые пружины. Во-вторых, эксцентрики В-10 были длинными и устанавливались перпендикулярно самой машине. Сегодня на большинстве машин эксцентрики устанавливаются спереди на заднюю часть корпуса и приводятся в движение напрямую или через ведущую шестерню с изменяемой скоростью. Со временем американцы разработали уникальный тип вибромолота с тонкими молотами для забивания шпунтовых свай, гидравлическим приводом и мощными двигателями, насосами и моторами.

Первый ударно-вибрационный молот был построен в Советском Союзе в 1949 году. Этот тип молота включает в себя вибропогружатель, который передает вибрации и удары при забивке сваи. Первоначальный ударно-вибрационный молот был приварен к верхней части металлической трубы, а затем молоток вбивал руб в различные почвы. Результаты забивки свай таким способом сравнивались с забивкой свай с использованием только вибрации. Сравнение этих двух результатов показало, что ударно-вибрационная забивка существенно эффективнее по максимальной глубине забивки и скорости установки сваи.

Ударно-вибрационный молот впервые был использован при строительстве Сталинградской (ныне Волгоградской) электростанции. С помощью этих молотов в песчаник средней твердости были забиты сваи для сооружения противофильтрационной стены под плотиной. Ударно-вибрационные молоты, использованные в этом проекте, превосходили обычные вибрационные, воздушно-паровые и дизельные молоты. Успешное использование этих молотков привело к их более широкому распространению, особенно в Европе.

В отличие от структурного проектирования, проектирование свайных фундаментов не является аккуратным и точным. То, как взаимодействуют сваи и окружающие грунты, усложняет процесс, поскольку введение свай в грунт обычно меняет характер грунта. В результате часто возникают интенсивные деформации вблизи свай. Поскольку грунты неоднородны, а группировка и форма свай могут сильно различаться, проектирование и строительство свайного фундамента может быть сложным процессом.

Вместо того, чтобы пытаться в общих чертах охарактеризовать поведение свай, имеет смысл работать над пониманием факторов, влияющих на успешное проектирование свайных фундаментов. Инженер по фундаменту должен иметь представление о следующих основных факторах:

• Нагрузки на фундамент;
• Подземные условия;
• Значение особых дизайнерских мероприятий;
• Критерии эффективности Фонда; и
• Текущие методы проектирования и строительства фундаментов, специфичные для области, где должны быть выполнены работы.

Следует проконсультироваться с опытным инженером-геотехником от начальных этапов планирования до окончательного проектирования и строительства. Этот инженер может помочь в выборе типа сваи, оценке длины сваи и выборе наилучшего метода определения емкости сваи.

Чтобы успешно воплотить проектирование свай в строительство, инженеры должны оценить требования методов статического анализа, динамических методов полевой установки и контроля строительства. Инструменты, которые будут использоваться для свайного фундамента, должны быть четко включены в планы.

Свайный фундамент должен соответствовать проектным требованиям по прочности на сжатие, боковую и подъемную силу. Для достижения этой цели подрядчикам может потребоваться забивка свай до заданной длины или до требуемой предельной грузоподъемности. Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного забивания, которое может привести к повреждению свай и/или перерасходу средств на фундамент. Использование анализа волновых уравнений, динамического мониторинга процесса забивки свай и испытаний под статической нагрузкой могут помочь в достижении этих целей.

Во время строительства знающие инженеры должны контролировать и проверять установку свай. Самые лучшие проекты, планы и спецификации часто терпят неудачу, если не осуществляется надлежащий контроль и проверка. Наконец, анализ результатов забивки свай после завершения строительства по сравнению с прогнозами, длиной сваи, полевыми проблемами и возможностями испытаний под нагрузкой необходим, чтобы помочь вовлеченным инженерам набраться опыта и лучше спланировать следующий забивной фундамент.

Процесс проектирования и возведения свайного фундамента уникален по сравнению с другими типами структурного проектирования и строительства. Мощность сваи необходимо учитывать как при проектировании, так и при строительстве. Лучший способ сделать это — использовать динамические данные, а не методы статического анализа. Кроме того, при проектировании следует учитывать возможность забивки свай, поскольку могут возникнуть большие затраты, если сваи, которые были выбраны и запланированы, не могут быть забиты.

Процесс проектирования и строительства фундаментов с забивными сваями можно описать с помощью следующей блок-схемы из 18 блоков:

1. Установить требования к условиям конструкции и характеристике площадки: определить общие требования к конструкции.
2. Получить общую геологию участка: это может включать обширные геологические исследования или поверхностное исследование.
3. Собрать опыт строительства фундаментов в этом районе: проконсультируйтесь с подрядчиками, которые завершили строительство свайного фундамента в этом районе.
4. Разработать и выполнить программу разведки недр: принять решение о том, какую информацию необходимо получить на участке.
5. Оцените информацию и выберите систему фундамента: используйте собранную выше информацию, чтобы принять решение о правильной системе фундамента.
6. Глубокий фундамент: выбор между забивными сваями и системой глубокого фундамента
7. Забивная свая
8. Выберите тип забивной сваи на основе использования формул и с учетом несущей способности сваи, геотехнических возможностей типа сваи для грунтовых условий на площадке, возможностей имеющихся подрядчиков и стоимости.
9. Расчет длины сваи, грузоподъемности и производительности
10. Расчет управляемости: это делается с помощью программы волнового уравнения.
11. Удовлетворительный дизайн: просмотрите все аспекты проекта и при необходимости внесите изменения
12. Подготовка планов и спецификаций, установка процедуры определения пропускной способности на местах
13. Выбор подрядчика
14. Выполнить анализ волнового уравнения представленного оборудования подрядчика: анализ следует провести повторно на основе оборудования для забивки свай, которое подрядчик планирует использовать.
15. Установить предварительные критерии вождения
16. Забейте тестовую сваю и оцените грузоподъемность
17. Отрегулировать критерии вождения или дизайн
18. Строительный контроль: надзор и проверка забивки свай по мере их возникновения.

На протяжении всего процесса для успешного завершения любого проекта по забивке свай необходима хорошая коммуникация. Это включает в себя взаимодействие между инженерами на этапе проектирования, консультации со специалистами и непосредственное общение с буровыми бригадами и лабораторным персоналом.