Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

1.3.3. Свайные основания и ростверки

Свайные основания применяются при слабых грунтах или значительных нагрузках на подошву фундамента. Сваи либо уплотняют слой слабого грунта, либо передают нагрузку от здания более плотному грунту (материку), расположенному ниже слоя слабого грунта. В первом случае роль свай состоит в передаче нагрузки от веса сооружения на грунты основания главным образом за счет трения грунта о боковую поверхность сваи. Такие сваи относятся к безматериковым, или висячим (рис. 27, а). Во втором случае концы свай входят в толщу ниже расположенного плотного грунта. Такие сваи относятся к материковым, или стоечным (рис. 27, б). 

Рис. 27. Свайные основания: а – висячие; б – стоечные.

Основания из свай-стоек применяются тогда, когда на глубине от подошвы фундамента, не превышающей длин свай, применяемых на практике, залегает слой грунта, достаточно прочный и мощный, чтобы передать на него всю нагрузку от веса сооружения. Согласно указаниям норм, таким слоем (пластом) может служить скальный, крупнообломочный грунт или глина.

Основания из висячих свай применяются в тех случаях, когда слой прочного грунта, способного воспринять нагрузку от веса сооружения, залегает на глубине, при которой применение свай-стоек невозможно или нецелесообразно. Висячие сваи передают вертикальную нагрузку на грунты основания главным образом сопротивлением грунта на боковой поверхности свай.

 

По роду материалов сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные и в редких случаях металлические.

Деревянные сваи в качестве свайного основания могут применяться лишь в грунтах, насыщенных водой, причем в этом случае головы деревянных свай всегда располагаются ниже самого низкого уровня грунтовых вод. В таких условиях деревянные сваи долговечны и обладают некоторыми преимуществами по сравнению со сваями из бетона или железобетона, так как имеют малый вес и более транспортабельны. Деревянные же сваи, находящиеся в грунтах с переменной влажностью, подвержены гниению, и срок их службы измеряется несколькими годами. В результате загнивания и разрушения верха свайного основания сооружение получает неравномерную осадку, которая влечет за собой повреждения конструкции. Поэтому деревянные сваи могут быть применены в местах со стабильным уровнем грунтовых вод. При этом следует иметь в виду, что в городах и промышленных районах грунтовые воды, ранее со стабильным горизонтом, могут в результате устройства ливневых и осушительных дренажных сетей, водопроводных и канализационных линий с течением времени понизить свой уровень; верхняя часть свайного основания может оказаться выше уровня грунтовых вод и подвергнуться загниванию. В этих случаях деревянные свайные основания недопустимы.

Для изготовления деревянных свай применяется сосна, ель, лиственница и в редких случаях дуб. Длина свай принимается 4–12 м, а при необходимости и больше. Стволы свай должны быть прямые, без косослоя и очищенные от коры. Диаметр свай, в зависимости от допускаемой нагрузки, принимается 18–32 см, считая в верхнем отрубе.

Погружение в грунт деревянных свай производится механическими копрами. Головы свай для предохранения при забивке от размочаливания и раскалывания стягиваются бугелями — сварными кольцами из полосовой стали 50x12 мм.

Верхний конец сваи срезается строго перпендикулярно оси, а нижний — заостряется симметрично относительно оси, как показано на рис. 28, а. При мягких грунтах нижний конец сваи срезается под тупым углом. При грунтах, включающих твердые частицы, на острие свай надевается металлический башмак (рис.28, б). 

 

Рис. 30. Детали деревянных сваи:

а – свая без насадки; б – свая с насадкой; в – стык свай с накладками; г – стык свай с нагелями и муфтами.

 

Во избежание повреждения деревянных свай при падении бабы высота падения последней должна быть ограничена. По формуле Герсеванова предельная высота падения бабы для сосновой сваи принимается равной 1,5 м.

Если свая при забивке полностью погружается в грунт, не достигнув расчетного отказа, то ее наращивают. Наращивание свай выполняется при помощи деревянных накладок (рис.28, в) или металлической муфтой (рис.28, г).

Железобетонные сваи в качестве свайного основания применяются независимо от уровня грунтовых вод.

По форме в плане железобетонные сваи бывают квадратного и многоугольного сечения. Они изготовляются из бетона марки не ниже 200 с продольной рабочей арматурой и поперечной арматурой в виде хомутов или спирали (рис.29). Площадь продольной арматуры назначается по величине изгибающего момента, возникающего в свае при ее подъеме и транспортировании. Число и диаметр стержней арматуры, в зависимости от длины сваи, могут быть приняты по табл. 19.

 

Рис. 29. Железобетонные сваи:

а – квадратного сечения; б – круглого сечения.

 

Продольная арматура внизу сваи огибается и сваривается в пучок, создавая острие, способное пробивать твердые прослойки грунта. Часто на острие сваи надевается также металлический башмак.

Железобетонные сваи очень чувствительны к ударам бабы. Поэтому при забивке на голову сваи надевают наголовник, смягчающий силу удара. Кроме того, хомуты, располагаемые по длине сваи равномерно, ставятся гуще у ее концов.

Бетонные сваи в отличие от деревянных и железобетонных набиваются в грунт на месте расположения свай по проекту. Набивка бетона в грунт производится без предварительного уплотнения грунта и с уплотнением его.

Набивка свай без уплотнения грунта заключается в том, что в грунт до проектной отметки опускается обсадная труба, из которой удаляется грунт. Затем по мере заполнения скважины бетоном обсадная труба извлекается. Бетонная свая под влиянием трамбования имеет неравномерную толщину — она более уширена в толще слабых грунтов.

Набивка свай с уплотнением грунта заключается в том, что в грунт опускается обсадная труба, закрытая снизу наконечником (пробкой). Грунт при погружении такой трубы уплотняется. Затем пробка удаляется и скважина заполняется бетоном. Обсадная труба извлекается аналогично первому случаю.

Предельная нагрузка на набивную сваю назначается в зависимости от марки бетона и площади обсадной трубы, причем возможные уширения сваи в отдельных местах по длине не учитываются.

В настоящее время с успехом применяются вибросваи, погружение которых производится с помощью специальных вибраторов.

Ростверки. Расстояние между сваями в плане принимается в пределах трех-четырех диаметров сваи (0,70–1,20 м). Головы свай, погружаемых до отказа в грунт, срезаются на уровне, предусмотренном проектом, и соединяются ростверком в одну общую конструкцию. Ростверк создает равномерное распределение нагрузки от сооружения между сваями основания.

Таблица 19 

Сечение стержней продольной арматуры железобетонных свай 

Сечение сваи	Длина сваи, м
bxb, см	5	6-7	6-9	10	11	12	13	14	15	16	17-18	19-20
20x20	414	414	414	—	—	—	—	—	—	—	—	—
25x25	—	414	416	416	416	—	—	—	—	—	—	—
30x30	—	—	416	416	416	418	418	420	—	—	—	—
35x35	—	—	—	416	418	418	420	816	816	818	—	—
40x40	—	—	—	—	—	—	816	816	818	818	820	822

 

Ростверки бывают деревянные и железобетонные.

Деревянный ростверк устраивается только при деревянных сваях и при возможности расположения его ниже уровня грунтовых вод. Он состоит из насадок и схваток, связывающих головы свай во взаимно перпендикулярных направлениях и придающих жесткость свайному основанию. Пространство между брусьями ростверка заполняется щебнем или камнем.

Чаще и при деревянных сваях ростверки устраиваются железобетонными в виде железобетонной подушки (рис. 30). Глубина заделки голов свай в подушку принимается 1–1,5 d. Толщина подушки, расположенной над головами свай, принимается из учета работы бетона на скалывание (продавливание) и может быть определена при круглом сечении сваи по формуле: 

(32)

а при квадратном сечении по формуле: 

(33)

Величины t_б в зависимости от марки бетона приведены в табл. 20.

Марка бетона	75	100	150
tб	6,4	8	10,4

 

Рис. 30. Ростверки: а – по деревянным сваям; б – по железобетонным сваям.

 

Расчет свайных оснований.

Расчет свайного основания заключается в определении:

1) расчетной вертикальной нагрузки Qnp, которую способно воспринять свайное основание (несущая способность свайного основания);

2) расчетной вертикальной нагрузки Рпр, которую способна воспринять свая определенной длины и сечения при заданных грунтовых условиях (сопротивление сваи сжатию);

3) рационального размещения свай в плане.

Материковые сваи — сваи-стойки и нематериковые — висячие сваи — рассчитываются каждый тип своим методом в соответствии с их работой в основании.

 

Исторический очерк развития нефтебаз и нефтяного транспорта История возникновения нефтескладского хозяйства в нашей стране теснейшим образом связана с развитием бакинской нефтяной промышленности на Апшеронском полуострове. Первые сведения о бакинских нефтяных источниках уходят в глубь веков. В то время выходящую на поверхность нефть черпали ведрами, хранили и транспортировали в глиняных сосудах и бурдюках — кожаных мешках, смазанных изнутри смоляным варом. Далее...